HIDROLOGIA I
TRANSPORT DE SEDIMENT EN SUSPENSIÓ
A UNA CONCA DE DRENATGE
DEL PLA DE MALLORCA
Memòria d’investigació
AUTOR: JOAN JOSEP ESTRANY BERTOS
DIRECTOR: CELSO GARCIA GARCIA
Departament de Ciències de la Terra
Juliol de 2008
“Un bon científic és aquell que és capaç de fer-se a sí mateix la pregunta
correcta”.
Luna B. LEOPOLD, Geomorfòleg
HIDROLOGIA I TRANSPORT DE SEDIMENT EN SUSPENSIÓ
A UNA CONCA DE DRENATGE DEL PLA DE MALLORCA
AUTOR: JOAN JOSEP ESTRANY BERTOS
Memòria d’investigació dirigida pel
Dr. Celso Garcia Garcia
Titular d’Escola Universitària
de Geografia Física
Universitat de les Illes Balears
Vist-i-plau
Dr. Celso Garcia Garcia
Departament de Ciències de la Terra
Palma, Juliol 2008
ÍNDEX
1. INTRODUCCIÓ. ............................................................................................. 1
1.1. Perspectiva global..................................................................................... 1
1.2. Context ....................................................................................................... 5
1.2.1. Hidrologia......................................................................................... 5
1.2.2. Transport de sediment.................................................................... 7
1.3. Antecedents a la regió mediterrània........................................................ 8
1.3.1. Hidrologia......................................................................................... 9
1.3.2. Transport de sediment en suspensió .......................................... 11
1.4. Objectius .................................................................................................. 13
2. ÀREA D’ESTUDI ......................................................................................... 15
3. MÈTODES.................................................................................................... 21
3.1. Treball de camp ....................................................................................... 21
3.1.1. Construcció i instrumentació automàtica de l’estació............... 21
3.1.2. Mostreig de CSS ............................................................................ 23
3.2. Treball de laboratori ................................................................................ 24
3.2.1. Transformació del registre continu de CSS ................................ 24
3.2.2. Determinació de la CSS ................................................................ 25
3.3. Computació i anàlisi de dades ............................................................... 26
3.3.1. Dades hidrològiques ..................................................................... 26
3.3.2 Dades de sediment en suspensió ................................................. 30
4. RESULTATS................................................................................................ 34
4.1. Hidrologia................................................................................................. 34
4.1.1. Balanç hídric simple...................................................................... 34
4.1.2. Components d’escolament i corba de duració de cabals......... 37
4.1.3. Dinàmiques d’escolament base: les corbes de recessió........... 41
4.1.4. Dinàmiques de l’escolament directe: les relacions escolament-
precipitació a escala temporal d’event .............................................. 45
4.2. Transport de sediment en suspensió ................................................ 48
4.2.1. Magnitud i duració de la concentració del sediment en
suspensió (CSS) .................................................................................. 48
4.2.2. La relació entre cabal i concentració del sediment en suspensió
Q/CSS.................................................................................................... 51
4.2.3. Relacions multivariants en la concentració del sediment en
suspensió (CSS) .................................................................................. 52
4.2.4. Exportació i taxes de producció de sediment en suspensió..... 56
5. CONCLUSIONS ........................................................................................... 63
5.1. Hidrologia................................................................................................. 63
5.2. Transport de sediment en suspensió .................................................... 66
6. AGRAÏMENTS ............................................................................................. 70
7. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 71
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
1
1 INTRODUCCIÓ. 1.1. Perspectiva global
Amb la publicació del llibre De l’origine des fontaines a París el 1674, on Pierre
Perrault demostrà quantitativament que la pluja i la neu eren responsables del
flux del riu Sena, es va produir un gran avançament en el pensament hidrològic
i va suposar l’inici de la hidrologia científica. Remuntant al segle XX, els
coneixements en hidrologia han anat evolucionant des de la concepció de la
generació d’escolament proposada per Horton (1933) fins a la idea de
l’existència d’un continu de processos que impliquen que la resposta
hidrològica d’una conca de drenatge és el resultat d’un conjunt de processos
actius en diferents punts d’aquesta conca (Soorooshian, 1983). Així, es
considera la conca de drenatge com un sistema espacialment organitzat que
permet comprendre i modelitzar correctament la variabilitat espaciotemporal de
la resposta hidrològica, assimilant-la a un sistema dinàmic (Hewlett et al.,
1969).
En el sistema fluvial es pot considerar l’aigua com a l’element integrador i la
seva organització en el sistema conca de drenatge, el qual pot abastar tots els
aspectes geogràfics (Chorley & Kates 1973, Smith 1969). És evident que es
tracta d’una unitat hidrològica i també climatològica, però també ho és en la
geomorfologia dinàmica (Chorley, 1969), sobre tot basant-se en els treballs ja
clàssics de Rapp i Leopold i els posteriors de Schick (1977) i Dietrich & Dunne
(1978). Els primers estudis de dinàmica ambiental geomorfològica realitzats en
el marc d’una conca són els de Rapp (1960) en alta muntanya i de Leopold et
al., 1966 en un medi semiàrid. En els dos casos es tractava d’estudis
quantitatius orientats a validar teories sobre el funcionamient integrat de
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
2
vessants (moviments en massa en el cas de Rapp i rentats de vessants en el
cas de Leopold) i dinàmica fluvial (magnitud de les crescudes, el seu poder de
transport i la seva acció mecànica), en relació a paràmetres climàtics
(intensitats i períodes de retorn) i biogeogràfics (recubrimient i dinàmica
vegetal). Més endavant, sorgí el concepte de balanç de sediment (Dietrich &
Dunne, 1978) i amb ell els intents d’integració de totes les variables ponderant
el seu respectiu valor en la dinàmica d’una conca. Amb tot, la conca de
drenatge -com a unitat d’estudi- ha possibilitat un gran progrés en el
coneixement dels processos hidrològics, i geomorfològics. Al concepte conca
de drenatge -superfície drenada aigües amunt d’un punt definint la seva
sortida- cal afegir-hi els conceptes de conca representativa i conca
experimental, els quals s’han utilitzat tradicionalment en hidrologia (UNESCO-
OMM, 1992):
- Representativa: conca que permet l’estudi del cicle hidrològic sense més
pertorbacions que les que es troben a la regió, mitjançant l’observació
simultània de variables hidrometeorològiques i hidromètriques, amb
l’objectiu de permetre una generalització dels resultats. La superfície
d’aquestes conques varia generalment entre 1 i 250 km2.
- Experimental: és una conca en la que les característiques fisiogràfiques
(freqüentment la coberta vegetal) són voluntàriament modificades amb
l’objectiu d’analitzar les conseqüències hidrològiques d’aquestes
modificacions. Normalment la seva superfície no supera els 4 km2.
La conca de Can Revull, objecte d’estudi d’aquesta memòria, es pot considerar
com a representativa, tant per la seva superfície (1,03 km2) com pel mètode de
treball, ja que no es tracta d’induir cap tipus de modificació deliberada a la
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
3
conca, sinó de mesurar els processos hidrològics i –donat el cas- mesurar les
conseqüències de canvis que es puguin produir a la conca de forma aliena a la
investigació.
La geomorfologia, per la seva part, té un recorregut històric de no gaire més de
100 anys, essent la ciència que estudia les formes del relleu de la superfície
terrestre, els processos que l'originen i la seva evolució. Segons Brown (1970),
l’estudi de les formes del relleu s’ha d’abordar des de tres perspectives
principals:
1. La informació sobre les formes del relleu i sobre la distribució espacial
d’aquestes formes ha de ser obtinguda mitjançant la cartografia i la
mesura.
2. Aquesta informació ha de ser recollida sobre els processos que es
mostren a la superfície de la terra actualment, ja que aquests processos
són responsables de la producció de les formes particulars del relleu.
3. L’anàlisi dels dipòsits pot proporcionar una informació considerable
sobre els processos i sobre la cronologia dels events que han tingut lloc
en el passat.
Aquestes tres fonts d’informació són fonamentals per a l’estudi de la
geomorfologia, però no sempre és fàcil relacionar-les i integrar-les. Així, la
dificultat més important és la dicotomia entre procés i forma ja que a moltes
àrees els processos que tenen lloc actualment no són els responsables de les
formes presents. Una altra dificultat afegida és que els processos
geomorfològics requereixen d’una instrumentació i el seu estudi és molt més
laboriós que l’estudi de les formes. Per tant, es produeix un dilema entre els
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
4
geomorfòlegs: estudiar els processos o estudiar les formes. A partir d’aquí
s’han desenvolupat dos tipus d’enfocaments. Ambdós estan igualment
relacionats i depenen d’altres disciplines. Per una banda, el grup de formes es
relaciona amb la geologia i el quaternari. Per una altra, el grup de processos ho
fa de la hidrologia i la sedimentologia. Val a dir, emperò, que la informació que
proporciona l’estudi dels processos és cada vegada més rellevant per a la
major part de la geografia física i de la geografia humana, mentre que la
informació de les formes (factors geològics/cronològics orientats a la
geomorfologia) es troba cada vegada més allunyada dels esdeveniments més
recents de la geografia humana. Amb tot, la millor manera de superar aquest
dilema passa perquè els camps de recerca requereixin de l’anàlisi de les
formes així com dels processos, de la geomorfologia i de la climatologia, de la
geografia física i de la humana. Definitivament, la investigació ha de derivar en
l’estudi de les relacions forma-procés ja que aquestes relacions proporcionaran
resultats per comprendre el passat, pronosticar el futur i obtenir variables
aplicades a d’altres àmbits de la geografia (Gregory & Walling, 1973).
A qualsevol camp d’estudi dels processos en geomorfologia, les mesures
d’aquests processos és essencial. Sense les mesures, les teories i les
estimacions no poden ser revalidades, a més de no poder-se establir relacions
quantitatives entre la forma i el procés. Dins de l’àmbit d’aplicació de la
geomorfologia fluvial, la instrumentació de la conca de drenatge pot
proporcionar dades quantitatives sobre la dinàmica particular dels processos i
sobre la seva magnitud i freqüència. Per tant, la comprensió dels processos
hidrològics i de transport de sediments a una conca de drenatge és el
procediment més indicat per proporcionar elements útils a la gestió sostenible
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
5
dels recursos hídrics i territorials (Walling & Collins, 2000). Aquesta
identificació, així com la caracterització de la dinàmica espaciotemporal dels
processos i formes, és un procediment de llarga durada, sovint enutjós i
normalment infravalorat. Malgrat la seva importància de sobres reconeguda, les
dades hidrològiques i de transport de sediment estan en clar retrocés
(Takeuchi, 2002) mentre que la modelització en ple auge, encara que
l’aproximació experimental de camp és del tot indispensable pel
desenvolupament i avaluació d’aquests models.
1.2. Context
1.2.1. Hidrologia
Els conreus herbacis de secà són un dels elements agrícoles més
representatius de les regions de clima mediterrani. A les Illes Balears, aquest
tipus de conreu ocupa més del 25% de les terres conreades, mentre que a
Espanya se supera el 40% (INE, 2003). La causa principal d’aquest important
pes relatiu rau en que el clima mostra uns patrons de precipitació força
irregulars que no permeten mantenir una activitat agrícola intensiva.
Els conreus herbacis necessiten créixer en sòls profunds per afavorir el
desenvolupament dels seus sistemes radicals. Arabé, la textura dels sòls pot
ser un factor limitant per aquests conreus, especialment pels cereals.
D’aquesta manera, textures fines mostren una elevada capacitat de camp,
emmagatzemant massa aigua durant els hiverns plujosos. En canvi, els sòls
arenosos ofereixen una menor capacitat de camp que requereix d’elevades
precipitacions a la primavera. En definitiva, les condicions edàfiques adequades
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
6
serien aquelles en que s’exhibís una elevada capacitat de camp però amb un
bon drenatge (Porta et al., 1999).
A moltes regions mediterrànies, la precipitació es produeix principalment a
l’hivern, seguida per una primavera més càlida i amb menor precipitació. A més
a més, en aquestes regions, els conreus herbacis de secà es localitzen a sòls
argilosos, fet que implica una notable disposició d’aigua gràcies a l’elevada
capacitat de camp però amb punts de marcescència permanents. Per tant,
aquelles plantes amb creixement ràpid i bona extensió dels seus sistemes
radicals es veuran afavorides per una abundant disposició d’aigua. També cal
destacar que els sòls argilosos tenen una elevada capacitat d’intercanvi
catiònic i aniònic, la qual proporciona una reserva massiva de nutrients,
disminuint els índexs d’aplicació de fertilitzants (Reid & Parkinson, 1981).
Tots aquests factors climàtics i edàfics descrits fan que la instal·lació d’un
sistema de drenatge subsuperficial artificial o albellonatge esdevingui essencial
ja que és l’única manera de drenar aquells sòls de textures fines a zones
planes durant l’humit hivern mediterrani (Grimalt et al., 2002). Es tracta d’una
pràctica de gestió agrícola de l’aigua a regions que estacionalment mostren
nivells freàtics elevats, textures de sòls fines i vessants còncaus (Stone &
Krishnappan, 1997). Aquest albellonatge evacua l’excés d’aigua del sòl, la qual
impediria que l’aire i l’oxigen arribassin a les arrels de les plantes. Sense
aquest drenatge artificial, les plantes tindrien importants dificultats per establir
un sistema radical sa. Per tant, es proporciona el mecanisme perquè aquests
sòls drenin a capacitat de camp en un termini raonablement curt de temps fent
que el creixement de les plantes no es vegi significativament afectat (Skaggs et
al., 1994). Aquesta tècnica s’ha practicat durant més de dos mil anys arreu
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
7
d’Europa. A qualcuns països com el Regne Unit, Holanda, Finlàndia o Romania
més del 60% de les terres conreades estan drenades subsuperficialment
(Green, 1979). Endemés, aquesta pràctica permet operacions de llaurat i
sembra durant la primavera i que són duites a terme d’una manera més eficient
i oportuna. Depenent de les precipitacions estacionals, això pot afegir dies, fins
a una setmana o més, a la durada del període vegetatiu, proporcionant una
altra font potencial de millora del rendiment dels conreus.
1.2.2. Transport de sediment
Mentre que l’albellonatge és una pràctica tradicional d’evacuació de l’excés
hídric dels sòls a les zones planes on predominen els conreus herbacis de
secà, a les zones abruptes s’han implementat pràctiques tradicionals de
conservació del sòl suposant una reducció en l’exportació de sediments. En
molts casos, aquestes pràctiques tenen com a objectiu incrementar la capacitat
de retenció d’humitat així com reduir els impactes que provoca l’erosió en els
vessants (on-site impacts) tals com la disminució de productivitat dels sòls i de
les collites (Walling, 2006). Durant més de dos mil anys, als països mediterranis
s’han aplicat aquestes tècniques tradicionals de conservació del sòl tals com el
marjament i els parats (Grimalt et al., 1992; Zgaier & Inbar, 2005) amb l’objectiu
de proporcionar una protecció efectiva dels sòls agrícoles.
L’exportació de sediment en suspensió (SS) representa la suma de l’erosió de
totes aquelles zones actives dins una conca de drenatge, encara que els valors
d’exportació de SS no poden ser usats com a un indicador fiable de l’erosió
dels vessants aigües amunt ja que hi ha una sèrie de limitacions relacionades
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
8
amb l’emmagatzematge de sediment i l’origen heterogeni del SS (Walling &
Collins, 2000).
Els valors d’exportació de SS han estat calculats tradicionalment a partir de les
corbes de regressió establertes entre la concentració de SS (CSS) i el cabal,
basant-se en la recollida de mostres infreqüents per determinar la CSS. La
disponibilitat de registres detallats de CSS proporcionats pel monitoratge
continu de la terbolesa, a més de permetre una notable millora del càlcul
d’exportació del sediment, proporciona un ajut per obtenir un coneixement
detallat dels processos actius de producció de SS en una conca de drenatge
(Walling & Webb, 1987). A més a més, cal tenir en compte que a àrees amb un
fort contrast estacional –com el Mediterrani- les corbes de regressió no poden
sempre ser establertes entre el cabal i la CSS, fet que suggereix que l’energia
del flux no és un factor predominant en els processos d’erosió dels sòls
(Sutherland & Bryan, 1989). En aquest sentit, qualcuns autors (Walling, 1974;
Richards & Moore, 2003; Seeger et al., 2004) han avaluat les formes
multivariants incloent factors derivats de cada crescuda. Altres models han
intentat millorar la comprensió de les dinàmiques del transport de SS usant
tècniques com la de separació dels components de l’hidrograma i així poder
establir relacions entre la CSS i el cabal (Walling & Webb, 1982).
1.3. Antecedents a la regió mediterrània
Molt poca atenció s’ha esmenat al comportament hidrològic i a la dinàmica del
transport de sediment d’aquells paisatges mediterranis dominats pels conreus.
A més de posseir una importància ambiental i socioeconòmica destacada, cal
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
9
tenir en compte que l’agricultura és un dels factors principals en el
desenvolupament de processos erosius (Douglas, 1993) així com en la
modificació considerable de la majoria de processos desenvolupats en el
sistema hidrològic natural (Walling, 1979).
1.3.1. Hidrologia
El funcionament hidrològic particular de les conques mediterrànies és encara
força desconegut malgrat els diferents estudis realitzats en els darrers vint
anys. Si bé qualcunes característiques comunes poden generalitzar-se, la
modelització hidrològica d’aquest funcionament presenta nous problemes,
diferents dels que generalment es troben a les conques més humides (Latron,
2003).
A zones planes ocupades per usos agrícoles són pocs els estudis que han
proporcionat dades sobre els processos hidrològics. Així, Ceballos & Schnabel
(1998) aborden els processos hidrològics a les zones de devesa, sistema d’ús
del sòl que representa més de la meitat de les terres utilitzades per l’agricultura
en el sud-oest de la Península Ibèrica i que pot definir-se com un paisatge
semi-natural on predomina el clima mediterrani semi-àrid. A Moussa et al.
(2002), s’avalua el paper de les pràctiques de llaurat i canalització de reg sobre
els events de crescuda realitzant una modelització en una conca agrícola del
sud de França, dins la mateixa regió climàtica que les Illes Balears.
Si a zones planes ocupades per usos agrícoles s’han realitzat pocs estudis
hidrològics, val a dir que a zones forestals i de muntanya mediterrànies si se
n’han desenvolupat. Pel que fa a les zones forestals, destaca la línia
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
10
d’investigació aplicada en el massís del Montseny (Catalunya) per part del
Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals de la Universitat
Autònoma de Barcelona, abordant nombroses parts del cicle hidrològic i la seva
modelització a conques on l’alzinar (Quercion ilicis) és predominant (Piñol et al.,
1991, 1992, 1997, 1999). En aquest mateix sentit però a la zona de Califòrnia,
Lewis et al. (2000) aborden un estudi a llarg termini d’una petita conca forestal
mediterrània.
Pel que fa al comportament hidrològic a les zones de muntanya mediterrànies,
són destacables les línies d’investigació que du a terme el CSIC a través de
l’Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” (IJA) i l’Instituto Pirenaico de
Ecología (IPE), com també la Universitat de Lleida amb el Grup de Riscs
Hidrològics (GRIHD). L’IJA ha desenvolupat la seva tasca de recerca a les
petites conques de drenatge de Vallcebre, situades a la capçalera del riu
Llobregat, en el sud-est dels Pirineus, estudiant nombroses parts del cicle
hidrològic així com els impactes que genera l’abandonament de terres
conreades i marjades i la seva posterior reforestació (Gallart et al., 1994, 1997,
2002; Latron, 2003; Latron & Gallart, in press). L’IPE ha centrat la seva recerca
a una sèrie de petites conques de drenatge del Pirineu Central estudiant la
mateixa temàtica que l’IJA (García-Ruiz et al. 2000, 2005; Lana-Renault et al.,
2007). Pel que fa al GRIHD està duent a terme l’estudi hidrològic de dues
conques de drenatge de superfície mitjana als Pirineus centrals (Orozco et al.,
submitted; Poch & Orozco, submitted[u1]). Finalment, a zones de muntanya
mediterrània semiàrida s’ha realitzat un estudi sobre la resposta hidrològica de
les zones cobertes per vegetació de garriga (Castillo et al., 2000).
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
11
1.3.2. Transport de sediment en suspensió
El coneixement de la dinàmica i transport del SS a conques de drenatge
mediterrànies ha experimentat un important desenvolupament en els darrers 20
anys. A nivell global, cal destacar els estudis de comparació de taxes de
producció de sediment a diferents regions mediterrànies del Món (Inbar, 1992),
la informació cartogràfica i comparativa de taxes de producció de sediment en
suspensió a la conca de la mar Mediterrània (Lewin et al., 1995) o la
perspectiva regional, global i temporal sobre l’exportació de sediment dels rius
mediterranis (Milliman, 2006).
Amb un nivell major de detall, a escala de conca de drenatge, s’han realitzat
estudis que abasten tot l’espectre climàtic mediterrani. Així, Alexandrov et al.
(2003) i Achite & Ouillon (2007) estudien la dinàmica del transport i producció
de SS a canals efímers de zones de clima mediterrani semiàrid. A zones també
semiàrides, destaca l’estudi de l’impacte en el transport de sediment en
suspensió del sistema de devesa (Schnabel, 1997).
A les zones de muntanya de clima mediterrani també s’han desenvolupat línies
de recerca destacades. Així, l’IJA, l’IPE i el GRHID, els tres centres esmentats
anteriorment, han realitzat també estudis del transport de sediment en
suspensió a les conques de drenatge descrites a la secció 1.3.1. Els dos
primers centres han enfocat la seva recerca en avaluar fonamentalment els
efectes de l’abandonament de terres agrícoles i marjades (Clotet et al., 1988;
Llorens & Gallart, 1992; Lasanta et al., 2000; Llorens et al., 1997; García-Ruiz
et al., 2008) així com la dinàmica del transport i producció de sediments (White
et al., 1997; Soler et al., 2007, 2008; Seeger et al., 2004; Nadal-Romero et al.,
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
12
2008). Pel que fa al GRIHD, ha enfocat la seva recerca en la dinàmica del
transport i producció de sediments (Balasch et al., 2005; Batalla et al., 2005a).
A nivell de conques de drenatge mediterrànies humides o subhumides,
destaquen els treballs desenvolupats pel Grup de Recerca Ambiental
Mediterrani (GRAM), el qual ha centrat la seva recerca a la Tordera, una conca
de 898 km2 situada a la serralada Costero-Catalana (Batalla et al., 1995;
Batalla et al., 2005b; Rovira et al., 2005; Rovira & Batalla, 2006); a unes petites
conques de drenatge de les Gavarres on predominen els usos forestals amb
una reduïda presència d’usos agrícoles de secà (Sala & Farguell, 2002; Outeiro
et al., 2006); i finalment a l’Anoia, la conca tributària més important del riu
Llobregat, amb 926 km2 (Farguell, 2005; Farguell & Sala, 2005).
A més dels treballs desenvolupats pel GRAM, en conques mediterrànies
humides o subhumides es poden també destacar alguns altres estudis puntuals
que es descriuen sumàriament a continuació. Així, Mimikou (1982) estudia les
corbes de regressió Q-CSS a 4 conques de superfície mitjana a Grècia. Iroumé
(1990) analitza els valors de CSS i proporciona les taxes de producció de SS a
una conca de 0,93 km2 de Xile. Djorovic (1992) proporciona taxes de producció
de SS durant un període d’estudi de 10 anys a una conca de 96 km2 a la part
central de Sèrbia. Serrat et al. (1999) avaluen la dinàmica del transport i les
taxes de producció de SS a una conca de 1.045 km2 del sud de França.
Finalment, Pavanelli & Pagliarani (2002), estudien la dinàmica del transport de
SS mitjançant el monitoratge continu de la terbolesa en una conca de drenatge
de 138 km2 al nord d’Itàlia.
Finalment, s’han desenvolupat estudis del transport de SS a qualcunes de les
grans conques mediterrànies que contenen una heterogeneïtat important dins
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
13
el clima mediterrani. Cal destacar els estudis realitzats al riu Roine (Pont et al.,
2002), al Po (Davide et al., 2003), o a l’Ebre (Vericat & Batalla, 2006).
1.4. Objectius
Un projecte de recerca s’està duent a terme a la conca del torrent de na Borges
d’ençà el 2004, amb l’objectiu d’establir un balanç hidrològic i sedimentològic
(Estrany & Garcia, 2005). En aquest context, Can Revull és un àrea
representativa seleccionada per analitzar les dinàmiques hidrològiques i
sedimentològiques així com la contribució de les subconques de capçalera al
torrent de na Borges. Aquest estudi pretén millorar la comprensió de la
hidrologia i del transport de sediment en suspensió de les àrees dominades per
conreus herbacis de secà a regions mediterrànies així com el paper que juga
l’albellonatge en les variacions d’escolament i les pràctiques tradicionals de
conservació del sòl en la producció i exportació de sediments.
Pel que fa a la hidrologia, es durà a terme:
1) Una anàlisi quantitativa de la precipitació (P), escolament (R),
evapotranspiració (ET) i evapotranspiració potencial (ETP) amb
l’objectiu d’elaborar un balanç hidrològic simple.
2) La separació dels components d’escolament (runoff components) com
també el càlcul de diversos índexs relacionats per avaluar la freqüència
i variabilitat de la resposta hidrològica a escala anual i estacional.
3) Una avaluació de les dinàmiques d’escolament base (baseflow) i
d’escolament directe (quickflow) durant els events de crescuda aplicant
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 1. INTRODUCCIÓ.
14
el mètode de juxtaposició i la regressió múltiple per passes,
respectivament.
Pel que fa al transport de SS, el principal objectiu d’aquest estudi és analitzar-lo
tenint en compte les variacions hidrològiques a escala anual, estacional i a
nivell d’event. Aquest objectiu és abordat a partir de:
1. La magnitud i freqüència de les concentracions de SS.
2. La interpretació de la CSS i també de la CSS relacionada amb
l’escolament directe a través dels models de regressió múltiple.
3. L’avaluació detallada de la producció i exportació de SS així com la seva
magnitud i freqüència.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
15
2 ÀREA D’ESTUDI La sèquia de Can Revull (102,6 ha) se situa a la zona central de l’illa de
Mallorca, als termes municipals de Sant Joan i Vilafranca de Bonany (Fig. 1).
Figura 1. Mapa de la conca de Can Revull i la seva localització a Mallorca, na Borges i Boscana. La fotografia mostra l’estació d’aforament aigües amunt.
Es tracta d’una microconca que forma part de la subconca del torrent de
Boscana (7,91 km2) situada a la part alta de la conca del torrent de na Borges
(Estrany & Garcia, 2005). Geològicament s’ubica en els suaus relleus alpins
estructurals de les serres Centrals de Mallorca caracteritzats per la presència
de turbidites sinorogèniques (margues i calcarenites) del Miocè inferior, les
quals es troben discordants sobre la resta de materials mesozoics i cenozoics
de la zona (Jenkins et al., 1990). Els encavalcaments i plecs amb orientació
aproximada N-S i desplaçament o vergència general cap a l’oest són les
estructures tectòniques que predominen a la zona (ITGME, 1992; Silva et al.,
2005). Les altituds oscil·len des dels 144 m de capçalera fins als 70 m.s.n.m de
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
16
l’estació d’aforament. La longitud del canal principal és de 2,4 km. El pendent
mitjà de la conca és del 3,8%, mentre que el pendent mitjà del canal és del
4,7% (Taula 1).
Àrea (km-2) 1,06
Perímetre (km) 5,72
Altitud màxima (m.s.n.m.) 144
Altitud mínima (m.s.n.m.) 72
Longitud (m) 2,33
Longitud del canal principal (m) 2,46
Pendent mitjana canal principal (%) 4,7 (10% primers 400 m i 2% els restants 2 000 m)
Densitat de drenatge (km km-2) 5,31
Ordre de la conca 3
Taula 1. Característiques bàsiques de la conca de drenatge
El clima pot ser classificat com a Mediterrani Subsec, amb una temperatura
mitjana anual de 16,5ºC a Porreres, l’estació termomètrica més propera (B-346
Porreres de l’AEMET). La precipitació mitjana anual a l’estació pluviomètrica
més propera (B-614 Boscana Nou de l’AEMET) pel període 1974-2006 és de
517 mm. La distribució estacional de la precipitació és Tardor-Hivern-
Primavera-Estiu, amb un coeficient de variació interanual del 23%. El principal
tret de la precipitació són les tempestes d’elevada intensitat que poden
sobrepassar els 100 mm en 24 hores en un període de retorn de 25 anys
(YACU, 2002). Durant l’hivern, les adveccions de l’oest amb sistemes frontals
associats duen pluges generals i continuades (Romero et al., 1998). Aquest
patró de precipitació fa que el règim fluvial sigui estacional, amb presència de
cabal normalment des de novembre-desembre fins març-abril. El cabal mitjà
diari anual durant el període de monitorització 2004-2007 fou
d’aproximadament 4 l s-1. Estimada a partir del mètode de Thornthwaite (1948),
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
17
l’evapotranspiració potencial mitjana anual fou de 1.010 mm durant l’esmentat
període de monitorització.
Els sòls es caracteritzen per la seva fondària i bon desenvolupament sobre
sediments al·luvials del Quaternari, els quals es troben sobre les turbidites
impermeables del Miocè inferior. La seva textura és franco-argilosa (Díaz
Palmer et al., 2006), exhibint una elevada capacitat de camp i una elevada
capacitat d’intercanvi iònic i aniònic que proporciona una important reserva de
nutrients. Emperò, com ja s’havia apuntat a l’apartat 1.1, els sòls argilosos
tendeixen a elevats punts de marcescència que els fa resistents al conreu. Per
tant, la textura del sòl, la topografia còncava i arreica de les zones de plana i
uns hiverns molt humits són els principals factors que fan necessària l’aplicació
d’una pràctica tradicional de gestió agrícola com és la construcció d’un sistema
d’albellonatge, el qual ocupa un 75% de la microconca. Els drenatges es troben
a una fondària aproximada d’1 m i són realitzats amb la col·locació d’una o
dues capes de lloses de pedra (actualment totxos) recobertes de materials
porosos. Aquesta estructura es disposa al llarg dels vessants en forma d’espina
de peix i amb els laterals ajaguts diagonalment (fotografia superior de la Fig.2)
per acabar interceptant un drenatge principal a la part baixa del vessant
descendint fins a una sèquia artificial on l’albelló aboca les seves aigües
(Fig.2).
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
18
Figura 2. Bloc diagrama del desenvolupament del sistema de drenatge subsuperficial o albellonatge. La fotografia superior il·lustra una de les capes d’enllosat per generar el flux supsuperficial. La fotografia inferior mostra una sortida d’albelló a la sèquia principal de Can Revull.
De fet, la conducció d’aquest flux subsuperficial es realitza mitjançant tota una
xarxa de sèquies que segueixen un patró geomètric ortogonal (Fig.1). En
concret, la conca de drenatge de Can Revull és formada per una sèquia
principal i que rep les aigües d’altres sèquies tributàries que van recollint el flux
del drenatge subsuperficial. En total, s’han comptabilitzat fins a 12 sortides
d’albelló a la sèquia principal (fotografia inferior de la Fig.2).
A les àrees de major pendent i topografia convexa s’han construït marjades i
parats, els quals juguen un paper importantíssim en la prevenció i reducció de
l’erosió del sòls. A més, aquestes pràctiques fan possible l’obtenció de més
terrenys per a l’agricultura precisament en un territori on el caràcter insular
suposa una limitada disponibilitat de terres (Salvà-Tomàs, 1973). Primerament
es poden destacar els parats. Es tracta de murs de pedra en sec construïts
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
19
perpendicularment a les corbes de nivell, al bell mig dels comellars, amb
l’objectiu de laminar les crescudes espasmòdiques i retenir sediment (Grimalt &
Rodríguez, 1997). La segona tècnica és el marjament. Es tracta de murs de
pedra en sec construïts paral·lelament a les corbes de nivell i que serveixen per
obtenir i contenir una superfície horitzontal o amb poca inclinació, utilitzada
normalment pel conreu (Grimalt et al., 1992). Ambdues pràctiques estan
localitzades en la seva totalitat a la capçalera a àrees amb un pendent mitjà de
6,02% i cobrint el 10,5% de la conca de drenatge (Fig.3).
Figura 3. Bloc diagrama de marjades i parats a la capçalera de Can Revull.
Els conreus herbacis de secà són el principal ús del sòl (91%). Es troben
localitzats a les zones planes i albellonades, on el pendent mitjà és de l’1,98%.
Els principals conreus són el blat i la civada, els quals tenen la major demanda
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 2. ÀREA D’ESTUDI
20
hídrica durant els mesos d’abril i maig (un 65%). Aquest fet indica que aquestes
espècies estan ben adaptades en aquest tipus de sòls i condicions climàtiques.
Els conreus arboris de secà ocupen el 6,2% de la conca, la majoria a zones
marjades situades a la capçalera. Hi predomina l’ametller i en segon terme el
garrofer. El 2,7% restant de sòl és ocupat per masses forestals com l’alzinar
(Quercion ilicis) -aliança climàcica predominant a l’illa de Mallorca- mentre que
la garriga (Oleo-Ceratonion) és l’aliança que ocupa aquelles zones més seques
i de sòls menys desenvolupats (Bonner, 1994).
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
21
3 MÈTODES 3.1. Treball de camp
3.1.1. Construcció i instrumentació automàtica de l’estació
Una estació d’aforament fou construïda el setembre del 2003 mitjançant una
secció basada en un abocador de paret prima en forma de V de 90º, el qual és
ideal per a fluxes d’aigua soms i velocitats molt baixes que no poden ser
mesurades amb fiabilitat amb el mètode del molinet hidràulic .Es tracta d’una
represa feta a partir de planxa prima de ferro galvanitzat amb els caires
esmolats. Aquesta planxa es va fixar als laterals i al llit del canal amb unes
extensions de ferro i la construcció d’una paret de totxos col·locada de manera
transversal al sentit del flux (Fig.4).
(a)
(b) Figura 4. (a) Construcció de la secció d’aforament i (b) visió de la planxa fixada als laterals.
Al desembre del 2003 fou instrumentada amb un acumulador de dades
Campbell Scientific CR10X que rep senyals de nivell de la làmina d’aigua
(sensor de pressió Druck PDCR-1830-3), de terbolesa (turbidímetre auto-
netejable McVan Analite NEP-9516-G amb un rang de lectura de 0-1.600 mg l-
1) i de conductivitat i temperatura (conductímetre i termòmetre Campbell CS547
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
22
amb un rang de lectura de 0-10.000 µS cm-1). Tot plegat, de forma minutal,
acumulant una dada cada quinze minuts després d’haver realitzat la mitjana
aritmètica dels senyals minutals. Les dades foren descarregades setmanalment
a un ordinador portàtil per procedir posteriorment a la seva anàlisi.
Entre el nivell de la làmina d’aigua i el cabal s’establí una corba de regressió
seguint les formulacions estàndards fixades per la International Organization of
Standards (1980[u2]).
Figura 5. Diagrama de la secció basada en un abocador de paret prima en forma de V de 90º
( ) 25
2284 khθtanC,Q +⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= (1)
on Q és el cabal (l s-1), C és el coeficient del cabal, θ és l’angle, h és l’altura
(cm) i k és el factor de correcció de l’altura (cm).
C i k són estimats a partir de la següent formulació:
26101039334663000874466906071650520 Φ,Φ,,C −∗+−= (2)
3826 1006215110298193000340014490 Φ,Φ,Φ,,k −− ∗−∗+−= (3)
on Ф és l’angle en graus.
Amb l’objectiu de minimitzar els problemes associats amb l’enfosquiment de la
lent provocats pel creixement algal, el turbidímetre és netejat cada hora
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
23
mitjançant una granereta. Aquesta actua usant un mecanisme de rotació activat
per l’acumulador de dades que fou prèviament programat en aquest sentit
(Fig.6a). Cal considerar que l’obtenció de bons registres de terbolesa és sovint
dificultós. En aquest sentit, quan s’han detectat pics instantanis de terbolesa
falsos, les dades han estat manipulades i corregides usant la interpolació entre
el valor anterior i posterior (Wass & Leeks, 1999).
(a)
(b)
Figura 6. (a) Acumulador de dades i bateria; (b) localització del turbidímetre i pluviògraf.
Finalment, la precipitació i la seva intensitat foren mesurades mitjançant un
pluviògraf de cassoletes Davis que enregistra increments de precipitació de 0,2
mm i està connectat a un acumulador de dades model HOBO H7. Es troba
ubicat a l’estació d’aforament a una altura d’1 m del terra (Fig.5b).
3.1.2. Mostreig de CSS
Durant el període de monitorització es varen recollir mostres de SS. Per a
cabals baixos, les mostres foren recollides setmanalment de forma manual i
integrant tota la columna d’aigua. El procediment consisteix en submergir la
botella fins el fons del canal i llavors anar-la apujant a una velocitat constant.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
24
Aquesta velocitat depèn de la velocitat del flux d’aigua. Així, com més ràpid és
el flux, més ràpid serà apujada la mostra. El volum de mostra recollida fou de
500 ml. Addicionalment, per obtenir major informació sobre la concentració
CSS es recolliren mostres manuals integrades de manera intensa durant les
crescudes. Amb aquest mateix propòsit, es va instal·lar un mostrejador de
botelles per sifó o rising-stage sampler (Finlayson,1981). Es tracta d’una caixa
estanca composta per 7 botelles de 500 ml des d’on surten dos tubs
pneumàtics semirígids de niló de 5 mm de diàmetre interior seguint el principi
de sifó (Fig.7). Així, el primer tub serveix d’entrada de la mostra i el segon per
extreure’n l’aire.
Figura 7. Mostrejador de botelles per sifó o rising-stage sampler.
3.2. Treball de laboratori
3.2.1. Transformació del registre continu de CSS
La constant recerca ha demostrat que la caracterització detallada de variacions
d’alta freqüència, i en particular les variacions de CSS durant períodes de
crescuda, és essencial per realitzar una valoració acurada del transport de SS
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
25
(Olive & Rieger, 1985). Per això, la terbolesa ha estat usada exitosament per
investigar la dinàmica del transport de SS (Gippel, 1989; 1995; Foster et al.,
1992) i per millorar la fiabilitat de les estimacions de la càrrega del sediment en
suspensió (Walling, 1977; Lewis, 1996). És necessari calibrar els valors
proporcionats pel turbidímetre per poder relacionar-los amb la CSS. Per aquest
motiu, les mostres manuals integrades i les del mostrejador de botelles per sifó
han servit per crear una relació lineal entre la terbolesa i la CSS (Fig.8).
Figura 8. Calibratge entre la concentració de sediment en suspensió i la terbolesa.
3.2.2. Determinació de la CSS
Les mostres manuals integrades i les del mostrejador de botelles per sifó són
analitzades en el laboratori per determinar la CSS mitjançant el filtratge de 250
ml a través d’un equip de filtratge Millipore, model Sterfil i uns filtres de
cel·lulosa de 0,45 µm Schleicher & Schuell prèviament tarats mitjançant una
balança analítica d’alta precisió (0,0000 mg). Una vegada les mostres s’han
filtrat es deixen assecar durant una setmana en un dessecador amb gel de
silici, on es van eixugant sense adquirir la humitat de l’ambient. Finalment, es
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
26
tornen a pesar proporcionant la quantitat total de sediment, la qual és dividida
pel volum filtrat de mostra per així obtenir la CSS.
Les mostres són col·locades en un portafiltres per prevenir la contaminació per
pols i altres partícules que pot contenir l’aire. Amb aquest procediment, totes
les mostres són etiquetades amb el dia i hora de recol·lecció i amb un únic
nombre d’identificació. El nombre total de mostres recollides en aquest estudi
ha estat de 105.
3.3. Computació i anàlisi de dades
3.3.1. Dades hidrològiques
Després d’un període de calibratge durant la primera meitat del 2004, s’han
monitoritzat 3 anys hidrològics (2004-2005; 2005-2006 i 2006-2007).
La precipitació i escolament mensuals foren agrupats per estacions (la tardor
comprèn d’octubre a desembre; l’hivern de gener a març; la primavera d’abril a
juny; i l’estiu de juliol a setembre). El coeficient d’escolament fou calculat a
partir de la representació de l’escolament com un percentatge de la precipitació
a escala anual i mensual. L’ET es calculà com la quantitat de precipitació que
no es convertí en escolament a escala mensual. L’ETP (Thornthwaite, 1948) va
ser calculada a partir de la temperatura diària obtinguda a l’estació B-346 de
l’AEMET, localitzada a 7,5 km al sud-oest de Can Revull. Diverses relacions
entre aquestes variables foren determinades a través de regressió lineal.
La separació de components de l’hidrograma es va dur a terme per a cada
crescuda. Les tècniques de separació de components són nombroses i es
poden dividir en dos grups principals (Nathan & McMahon, 1990): aquelles que
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
27
assumeixen que l’escolament base respon durant una crescuda simultàniament
a l’escolament directe i, aquelles que tenen en compte els efectes de
l’emmagatzematge subsuperficial que es genera als marges del canal i que
assumeix que la recessió de l’escolament base continua després de l’inici de
l’escolament directe. Entre d’altres, el mètode de la línia directa s’inclou en el
primer grup (Chow et al., 1988). L’escolament directe i l’escolament base foren
separats a partir de la projecció semi-logarítmica de l’hidrograma, generant una
separació en segments de la corba de recessió. Així, es pot distingir cada
component d’escolament de manera individual traçant una línia de pendent
constant que comença en el punt d’aixecament de l’hidrograma i acaba en el
segon segment de recessió que suposa el final de l’escolament directe. La
separació de components s’ha realitzat per a 20 crescudes al llarg dels 3 anys
hidrològics estudiats.
La corba de duració de cabals o flow duration curve (FDC) és un dels mètodes
que mostren millor i ofereixen més informació sobre el rang de cabals que
exhibeix una conca, des de cabals baixos fins a events de gran magnitud. Es
tracta d’una relació entre un cabal determinat i el percentatge de temps en que
aquest cabal és igual o superat, informant sobre la relació entre la magnitud i la
freqüència dels cabals (Smakhtin, 2001). A Can Revull, s’han dissenyat FDCs
per a cada component d’escolament a partir de les dades quinzeminutals de
cabal. L’objectiu és valorar com les característiques de la conca controlen
cadascun dels components d’escolament a escala anual i estacional. Per a
cada FDC, dos índexs estàndard foren derivats a partir de l’escolament total,
escolament base i escolament directe sempre que els valors de cabal fossin
superiors a 0 l s-1. Es tracta de l’índex de variabilitat i l’índex 30/70. Lane i Lei
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
28
(1950) definiren l’índex de variabilitat com la desviació estàndard dels
logaritmes comuns dels cabals en intervals de 10% entre el 10 i el 90% de la
distribució de freqüències acumulativa. Les conques amb un cabal més
sostingut, són aquelles amb una major capacitat d’emmagatzematge d’aigua,
tendint a tenir un menor índex de variabilitat que aquelles conques amb major
percentatge d’escolament directe i, per tant, menor capacitat
d’emmagatzematge. Igualment, les FDCs amb un major pendent són
indicatives d’aquells canals amb una major variabilitat que aquells que tenen un
pendent menor. El pendent, per tant, serà usat per comparar les diferents
respostes estacionals de l’escolament. Qualcunes aproximacions per estimar el
pendent inclouen índexs dels extrems a la mediana o mitjana de cabals, o a
l’inrevés (Peters, 1994). Una d’aquestes aproximacions és l’índex 30/70, el qual
expressa el cabal que supera el 30% del temps fins aquell que supera el 70%
del temps.
Per afegitó, amb l’objectiu d’estandarditzar la valoració del comportament de
cada component de l’escolament, s’han aplicat dos índexs. El primer, l’índex de
resposta per indicar el percentatge total de precipitació que es transforma en
escolament directe. El segon, l’índex d’escolament base o Base Flow Index
(BFI), definit com un índex adimensional entre la mitjana de cabal corresponent
a l’escolament base i la mitjana del cabal total. A conques amb una elevada
contribució subterrània o subsuperficial, el BFI s’acosta a 1. En canvi, per a
canals efímers s’acosta a 0 (Smakhtin, 2001).
Mitjançant l’aplicació del mètode clàssic de juxtaposició o matching strip
method (Toebes & Strang, 1964; Nathan & McMahon, 1990), s’ha realitzat una
anàlisi dels períodes de recessió. Aquest mètode suposa la projecció de les
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
29
corbes de recessió en una projecció semi-logarítmica, fet que permet visualitzar
els cabals molt baixos. Amb l’ajut del programa gràfic Grapher v.1.24, cada
període de recessió és juxtaposat sobre un eix d’ordenades comú i ajustat
horitzontalment sobre els eixos d’abscisses amb l’objectiu d’aconseguir el
conjunt de la corba de recessió. Per obtenir els volums de reserva disponibles
per a l’escolament fou derivada i integrada una expressió no lineal. Els resultats
explicaran la forma en que l’emmagatzematge natural alimenta el canal.
Qualcuns autors assenyalen que és necessari un mínim de 10 anys per obtenir
estimacions fiables dels paràmetres de recessió (Tallaksen, 1995). Ara bé, la
baixa freqüència de dies amb pluja a les regions mediterrànies permet
aconseguir períodes de recessió majors i més llargs (Latron, 2003). A més a
més, gener és el mes amb la menor ETP i amb una mitjana de dies de pluja
molt baixa per mor de la presència d’altes pressions continentals fredes a la
Mediterrània occidental.
Condicions antecedents Condicions de crescuda
Precipitació com a índex d’humitat al sòl Precipitació i variables derivades
PA1d Precipitació antecedent 1 dia abans (mm) Ptot Precipitació total de l’event (mm)
PA3d Precipitació antecedent 3 dies abans (mm) Pvol Volum de precipitació caigut a la conca (m3)
PA7d Precipitació antecedent 7 dies abans (mm) IPmitjana Intensitat de precipitació mitjana (mm)
PA15d Precipitació antecedent 15 dies abans (mm) IPmax30’ Intensitat de precipitació màxima en 30’ (mm)
PA21d Precipitació antecedent 21 dies abans (mm) IPmax5’ Intensitat de precipitació màxima en 5’ (mm)
Variables d’escolament
Qmax Pic de cabal màxim (l s-1)
Qrunoff Escolament directe (mm)
Relacions temporals entre la precipitació i l’escolament
T tempesta Duració de la tempesta (min)
T iniciQ Interval de temps entre l’inici de la tempesta i l’inici de la crescuda min)
T per a Q Interval de temps entre la mediana de la tempesta i el pic de cabal (min)
Taula 2. Variables de les condicions antecedents i de crescuda usades a la regressió múltiple per passes per explorar les relacions precipitació-escolament.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
30
Per a cada crescuda, totes les variables hidrometeorològiques foren derivades i
classificades en 2 grups (Taula 2): condicions antecedents i condicions de
crescuda. Aquestes variables foren disponibles per a 26 events, 9 dels quals
corresponen a 3 events multi-pic inclosos en els 20 events esmentats
prèviament. Amb tot, diverses regressions múltiples per passes foren aplicades
per analitzar les relacions precipitació-escolament utilitzant el paquet estadístic
SPSS. Amb la probabilitat d’un valor menor de F a cada passa es van
descartant les variables independents. Així, es va usar un nivell F del 5%. Per
tant, les variables ja introduïdes a l’equació de regressió foren eliminades si la
seva probabilitat F era suficientment elevada. El mètode acaba quan cap altra
variable no és susceptible de ser inclosa o eliminada. La influència exacta de
cadascuna d’aquestes variables fou mesurada a través dels coeficients β.
Aquests coefients són paràmetres dimensionals i mesuren l’efecte d’una
variable independent particular sobre la variació de la variable dependent i, com
són dimensionals, poden ser directament comparades (Gregory & Walling,
1973).
3.3.2 Dades de sediment en suspensió
La disponibilitat de registres detallats de CSS proporcionats per la
monitorització continua de la terbolesa va permetre l’estudi acurat dels patrons
de comportament de la producció de SS a partir de la relació entre la CSS i el
cabal. Aquesta relació o corba de regressió (rating curve) per a una conca de
drenatge reflecteix un patró d’erosió i el funcionament dels processos de
redistribució del sediment (sediment delivery) des dels vessants proporcionant
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
31
un punt de partida útil i fàcilment accessible per aïllar i interpretar els aspectes
més destacats de la resposta de la conca en el transport de SS (Walling, 1974).
En aquest sentit, i amb l’objectiu d’aconseguir una comprensió més encertada
de la interpretació de la dinàmica del SS, el conjunt de dades fou dividit a nivell
estacional en termes d’aquells valors de SS corresponents a la branca
ascendent (rising stage) i d’aquells valors de SS corresponents a la branca
descendent (falling stage) de l’hidrograma (Hall, 1967; Walling & Webb, 1983;
Batalla & Sala, 1994).
Igualment, les funcions no lineals de caràcter potencial s’utilitzaren per
descriure la regressió entre el SS i el cabal.
baQCSS = (4)
Els coeficients de regressió a i b foren obtinguts per la regressió de mínims
quadrats ordinaris en logaritmes de les dades de SS i cabal. Aquests
coeficients també foren usats per explicar els patrons inicials d’erosió i el
funcionament dels processos de redistribució del sediment.
Relacions temporals entre l’escolament i el sediment en suspensió
T sediment Duració de l’event de sediment en suspensió (min)
T inici CSS Interval de temps entre l’inici de la tempesta I l’inici del transport de SS (min)
Variables d’escolament
Icres Índex d’intensitat de crescuda definit com (Qmax – Qprecedent) / Temps crescuda
Precipitació i variables derivades
IPmitjana Intensitat de precipitació mitjana (mm)
IPmax30’ Intensitat de precipitació màxima en 30’ (mm)
Taula 3. Variables independents usades a la regressió múltiple per passes per explicar les dinàmiques del transport de sediment en suspensió
Per a cada event, es varen seleccionar aquelles variables independents que es
varen deduir com a importants en el control de la mobilització de sediment
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
32
durant una tempesta i així introduir-les en una anàlisi multivariant. Aquestes
variables estan relacionades amb la precipitació, l’escolament i les relacions
temporals entre l’escolament i el SS (Taula 3). A l’igual que per a la hidrologia,
aquestes variables foren disponibles per a 26 events, 9 dels quals corresponen
a 3 events multi-pic inclosos en els 20 events esmentats prèviament. La CSS
mitjana fou definida com a variable dependent. A més, la mitjana de CSS
corresponent a l’escolament directe (CSS-directe) també fou classificada com a
variable dependent ja que la dinàmica de cabal base ha estat identificada com
a un tret hidrològic característic tenint en compte que les característiques
topogràfiques i geològiques es veuen reforçades per l’albellonatge (consultar
secció 4.1). Aquest fet causa que el SS mobilitzat per l’escolament directe sigui
diluït. Per aquest motiu, s’aplicà un model mixt simple que permeté separar
l’escolament directe i el CSS corresponent de l’escolament total com també
d’aquell relacionat a l’escolament base (Walling & Webb, 1982; Carling, 1983).
Totes aquestes regressions múltiples per passes foren desenvolupades a partir
de la subdivisió de les dades tenint en compte tots els events, l’estació de l’any
i segons si l’event fos d’un sol pic o multi-pic. Pel que fa a la darrera subdivisió,
el límit entre pics dels events multi-pic i les seves variables associades fou
establert en el mínim cabal enregistrat entre pics. Pel que fa a la subdivisió
estacional esmentada, cal considerar que s’ha fet només tenint en compte
l’estació seca i l’humida per mor de que el baix nombre d’events dificultava
l’aplicació de les regressions múltiples fent servir la divisió tradicional en quatre
estacions. En aquest sentit, l’hivern és el període humit comprès entre octubre i
març (ambdós inclosos) i l’estiu és el període sec definit entre abril i setembre
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 3. MÈTODES
33
(ambdós inclosos). L’anàlisi de correlacions de Pearson fou aplicat amb
l’objectiu d’avaluar la magnitud de les relacions entre variables (Taula 4).
T sediment T inici SSC Icres IPmax30’ Ipmitjana CSS-directe CSS-total T sediment 1 0.09 0.07 0.19 0.15 0.22 0.32 T inici SSC 1 -0.04 -0.18 -0.21 -0,19 -0.20 Icres 1 0.32 0.24 0.62 0.64 IPmax30’ 1 0.96 0.81 0.81 Ipmitjana 1 0.84 0.82 CSS-directe 1 0.97 CSS-total 1
Taula 4. Matriu de correlació de Pearson entre els paràmetres calculats. Els coeficients en negreta són significatius a un nivell de 0,01 i en itàlica a un nivell de 0,05[u3]
Amb tot, diverses regressions múltiples per passes foren aplicades amb
l’objectiu d’analitzar els patrons de SS utilitzant el paquet estadístic SPSS. El
mètode d’introducció de variables emprat fou el mateix que l’utilitzat per
analitzar les relacions precipitació-escolament (veure secció 3.3.1).
Finalment, amb l’objectiu de conèixer la producció de SS de la conca (sediment
yield) es calculà la càrrega de SS a partir de la integració dels valors
quinzeminutals de CSS derivats dels registres de terbolesa amb els valors
quinzeminutals de cabal extrets de l’estació d’aforament:
∑= =ni ii )QC(L 1 (5)
on L és la càrrega de SS (kg), Ci és la CSS (mg l-1) i Qi és el cabal (l s-1) sumat
sobre tot el període de monitorització, n.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
34
4 RESULTATS 4.1. Hidrologia
4.1.1. Balanç hídric simple
Figura 9. Balanç hidrològic simple: precipitació mitjana mensual, escolament i evapotranspiració durant el període d’estudi (2004-2007). Els histogrames il·lustren la distribució de la precipitació (superior) i la evapotranspiració potencial (inferior) durant el període d’estudi i a llarg termini (1974-2006).
La figura 9 i la taula 5 representen una descripció general del comportament
hidrològic de la conca. Aquest balanç hidrològic simple mostra la precipitació a
llarg termini (1974-2006) i la P, R, ET i ETP durant el període d’estudi 2004-
2007. La P mitjana anual durant aquests 3 anys d’estudi fou de 496 mm. Tenint
en compte que la mitjana anual pel període 1974-2006 havia estat de 517 mm
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
35
amb un coeficient de variació del 22,7%, els tres anys estudiats es poden
considerar com a normals. Emperò, a una escala estacional s’han observat una
sèrie de diferències destacades durant el període d’estudi: la primavera mostra
valors de P molt baixos, fins i tot més baixos que l’estiu, l’estació més seca pel
període 1974-2006. A més, a escala mensual, l’octubre és el més plujós a llarg
termini, però durant el període d’estudi s’observà una important reducció; just el
mateix fenomen que s’observà de maig a agost (ambdós inclosos). En canvi,
novembre, desembre, febrer, març i abril mostren valors de P durant el període
d’estudi molt per damunt dels enregistrats a llarg termini.
1974-2006 2004-2007
Precipitació mitjana mm
% Precipitació mitjana mm
% Escolament mitjà mm
% Coeficient escolament
ET mitjana mm
% ETP mitjana mm
%
Autumn 193,2 37 193,7 39 28,6 23 14,7 165,2 44 152,6 15
Winter 127,3 25 146,1 29 81,2 66 55,5 65,0 17 68,4 7
Spring 99,7 19 65,2 13 13,1 11 20,1 52,1 14 312,8 31
Summe 96,4 19 90,4 18 0,2 0 0,2 90,3 24 476,6 47
Annual 516,7 100 495,5 100 123,0 100 24,8 372,5 10 1.010,4 100
Taula 5. Valors de precipitació estacionals, anuals i relatius a llarg termini (1974-2006) i valors de precipitació, escolament, coeficient d’escolament, ET i ETP durant el període d’estudi (2004-2007).
Els valors de R mostraren un patró un tant diferenciat al de P. Així, l’hivern fou
l’estació amb el valor major (R=81 mm), seguit de la tardor, primavera i estiu
amb valors de R de 28, 13 i 0,2 mm respectivament. Els coeficients
d’escolament foren de 55,5; 20,1; 14,7 i 0,2% respectivament, amb una mitjana
anual del 24,8%. Aquests coeficients d’escolament són molt elevats si es
comparen amb aquells observats a d’altres conques amb condicions
hidroclimàtiques similars. Així, els coeficients d’escolament no solen ser
menors del 10% però tampoc superiors al 25% (Ceballos & Schnabel, 1998).
Aquests elevats coeficients d’escolament poden ser inicialment explicats per
l’elevada capacitat de camp dels sòls i la presència de l’albellonatge.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
36
L’estiu és l’estació amb l’ETP més elevada (477 mm), seguit de la primavera,
tardor i finalment l’hivern amb 313, 153 i 68 mm respectivament. Mentrestant,
l’ET apunta un patró diferenciat, condicionat per la distribució estacional de la
P. Per tant, la tardor va tenir la major ET (165 mm), seguida per l’estiu, l’hivern i
la primavera amb 90, 65 i 52 mm, respectivament.
Entre els principals elements del balanç hidrològic (P, R i ET) s’han establert
relacions de regressió lineal. Val a dir que cap d’elles fou significativa (R2 <0,2),
tal i com ja havia estat descrit a altres conques mediterrànies (Ceballos &
Schnabel, 1998; Latron et al., 2008). La manca de significància en aquestes
relacions simples és explicada per l’elevat nombre d’escenaris
evapotranspiratius (Taula 5), havent-hi períodes humits (finals de tardor i tot
l’hivern) durant els quals l’aportació d’aigua supera la demanda
evapotranspirativa mentre que en els períodes secs l’aportació d’aigua no
cobreix aquestes demandes (finals de primavera i tot l’estiu).
Maldament aquesta manca de relacions lineals, el balanç hidrològic simple
mostra una successió general de tres períodes al llarg de l’any determinats per
l’ETP. Aquesta successió general ha estat descrita per altres autors a petites
conques de muntanya on el clima experimenta canvis relacionats amb l’altitud
(Gallart et al., 2002; Latron et al., 2008). D’aquesta manera, la distribució
estacional de l’ETP i de la P provocaren la següent successió:
a) La demanda evapotranspirativa a la primavera i a l’estiu és molt elevada.
Els sòls s’eixuguen i es clivellen fent que l’albellonatge no funcioni. Amb
aquestes condicions, només les curtes tempestes però d’elevada intensitat de
darreries d’estiu són capaces de reomplir únicament els horitzons més
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
37
superficials del sòl (a excepció d’aquells events de més llarga durada o que es
tornin a repetir, tal com va succeir el setembre del 2006).
b) Un període de transició, a principis de tardor i a principis de primavera,
durant el qual la precipitació incrementa les reserves hídriques de la conca.
Després d’això s’enceta un flux d’aigua cap el canal.
c) Un període humit que comença a mitjans o finals de tardor i dura tot
l’hivern just quan les reserves hídriques de la conca han estat reomplides i les
pèrdues per ET són baixes si es comparen amb els volums de P. Amb
aquestes condicions, la majoria de P és disponible per a l’escolament directe.
4.1.2. Components d’escolament i corba de duració de cabals (FDC)
L’anàlisi dels components del balanç hidrològic simple proporciona només una
visió parcial sobre l’avaluació dels efectes hidrometeorològics de les diferents
característiques de l’escolament. Per millorar l’avaluació de la variabilitat de la
resposta hidrològica i la influència de les característiques de la conca,
l’escolament fou separat en directe i base a 20 events. Conseqüentment, varen
ser dissenyades les corbes de duració de cabals a escala anual i estacional
(Fig.10) així com també els índexs relacionats per a l’escolament total i per a
cadascun dels seus components proporcionant més informació sobre la
resposta hidrològica de la conca i les seves causes subjacents.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
38
Figura 10. Corbes de duració per a l’escolament total, base i directe durant el període d’estudi: (a) anual; (b) tardor; (c) hivern; (d) primavera i (e) estiu.
A escala anual, durant un 32,4% del temps la sèquia presentà escolament.
L’índex de variabilitat mostra un valor baix (0,201) indicant que la dinàmica
d’emmagatzematge fou molt important, fet que es confirma pel valor relatiu de
l’escolament directe, el qual hi fou present durant només un 2,1% del temps
(Taula 6). A més, a escala estacional es varen observar diferències
significatives:
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
39
Escolament total Escolament directe Escolament total
Estació % % Index Var. Índex 30/70
Tardor 21,73 2,65 0,270 0,686
Hivern 89,98 4,94 0,167 0,838
Primavera 18,88 1,62 0,190 0,773
Estiu 0,82 0,47 ----- -----
Anual 32,37 2,13 0,201 0,786
Taula 6. Valors relatius estacionals i anuals d’escolament total i directe durant el període d’estudi 2004-2007. Índex de variabilitat i índex 30/70 de l’escolament total a escala estacional i anual Durant el període d’estudi (2004-2007).
- L’hivern presentà escolament un 90% del temps així com el menor índex
de variabilitat de totes les estacions (0,17), experimentant les dinàmiques
d’emmagatzematge més destacades de l’any. En canvi, el valor de l’índex
30/70 (0,84) denota que la variabilitat de cabals durant l’hivern fou molt ampla -
encara que en períodes curts- ja que els sòls es troben a capacitat de camp i la
precipitació és majoritàriament disponible per a l’escolament directe. Com a
conseqüència d’això, l’escolament directe està present un 4,9% del temps,
essent el valor relatiu estacional més destacat.
- La tardor presentà escolament un 21,8% del temps, només superada per
l’hivern. En aquest cas, l’índex de variabilitat és el més elevat (0,27) ja que a
principis de l’estació el dèficit d’humitat del sòl és màxim i la precipitació ha de
reomplir les reserves hídriques de la conca. Per aquest mateix motiu, l’índex
30/70 és el menor encara que l’escolament directe hi fou present un 2,7% del
temps.
- La primavera presentà escolament un 18,9% del temps amb un índex de
variabilitat del 0,19 demostrant clarament que les dinàmiques
d’emmagatzematge són encara significants ja que les reserves hídriques
encara no han estat molt reduïdes per l’ET. En conseqüència, l’escolament
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
40
directe denota una resposta relativament ràpida a la precipitació, fent que
l’índex 30/70 fos més elevat que el de la tardor, encara que l’escolament directe
només estàs present durant un 1,6% del temps.
- Finalment, l’estiu no ha estat analitzat ja que l’escolament només es
presentà en un 0,8% del temps.
(a) Anys Escol. directe mm Escol. directe % Escol. base mm Escol. base % Índex resposta BFI
2004-05 10,5 6,1 162,8 93,9 2,34 0,94
2005-06 14,5 14,1 87,9 85,9 2,71 0,86
2006-07 9,2 9,9 84,1 90,1 2,03 0,90
Mitjana període 11,4 10,0 111,6 90,0 2,35 0,90
Estacions Escol. directe mm Escol. directe % Escol. base mm Escol. base % Índex resposta BFI
Tardor 3,1 10,7 25,5 89,3 1,54 0,89
Hivern 6,2 7,7 74,9 92,3 4,52 0,92
Primavera 1,9 14,7 11,2 85,3 3,48 0,85
Estiu 0,2 96,8 0,0 3,2 0,19 0,03 (b)
2004-05 2005-06 2006-07
Estacions Precipit. mm
Escol.directe mm
Índex resposta
Escol.base mm
Precipit. mm
Escol.directe mm
Índex resposta
Escol.base mm
Precipit. mm
Escol.directe mm
Índex resposta
Escol.base mm
Estiu 53,7 0,0 0,0 0,0 103,2 0,0 0,0 0,0 114,4 0,5 0,4 0,0
Tardor 273,9 7,2 2,6 63,6 176,5 0,0 0,0 0,0 130,8 2,0 1,5 12,9
Hivern 105,8 3,3 3,1 91,9 189,2 14,3 7,6 87,9 143,4 1,1 0,8 44,9
Primavera 17,6 0,0 0,0 7,3 65,7 0,2 0,2 0,0 112,2 5,6 5,0 26,3
Estiu 53,7 0,0 0,0 0,0 103,2 0,0 0,0 0,0 114,4 0,5 0,4 0,0
Anual 451,0 10,5 162,8 534,6 14,5 87,9 500,8 9,2 84,1
Taula 7. (a) Valors relatius i totals per a cada component d’escolament, l’índex de resposta i el BFI durant cada any hidrològic amb les mitjanes estacionals. (b) Valors totals de precipitació i cada component d’escolament així com també l’índex de resposta per a cada estació de cada any hidrològic.
La taula 7 mostra valors a escala anual i estacional de P, escolament directe,
escolament base, índex de resposta i BFI. A més, els valors de mitjana
estacional d’aquestes variables per a cada any hidrològic. Els resultats de
l’aplicació d’aquests índexs permeten resumir el comportament de cada
component d’escolament:
a) L’índex de resposta mostrà valors baixos (mitjana = 2,4%) indicant que
les pèrdues amb elevats dèficits d’humitat en el sòl estan clarament
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
41
relacionades amb l’ETP. Així, a escala estacional, l’hivern tingué l’índex de
resposta més elevat (mitjana = 4,5%), assolint valors de fins al 7,6% durant
l’any 2005-2006 ja que els events de precipitació tingueren lloc durant el
període de menor ETP. Mentrestant, la primavera presentà el segon índex de
resposta més elevat (mitjana = 3,5%) ja que les reserves hídriques de la conca
encara eren importants. Encara que la tardor presentà valors de precipitació
més elevats que la primavera, l’índex de resposta fou menor segons el descrit a
la secció 4.1.1 pel període de transició.
b) L’índex d’escolament base o BFI fou del 0,92 durant el període d’estudi
en que el canal presentà escolament. A més, la majoria d’escolament fou base
evidenciant els efectes que la geologia i la topografia de la zona tenen en els
períodes de cabal base així com justificar la necessitat de l’albellonatge,
malgrat que en el 67,6% del temps la sèquia no presentàs escolament. A
escala estacional, el BFI només exhibí un valor baix durant l’estiu (0,03), essent
a més l’única estació on l’escolament directe fou predominant ja que el
comportament fou efímer a través de crescudes espasmòdiques o flash-floods.
4.1.3. Dinàmiques d’escolament base: les corbes de recessió
Els components d’escolament i el seu comportament han estat examinats a
escala anual i estacional a través de diversos índexs. A més, les dinàmiques
particulars de cada component foren examinades a nivell d’event. En termes
generals, cal destacar una vegada més que l’escolament base és controlat per
l’aqüífer superficial no confinat format als sòls profunds desenvolupats sobre
materials al·luvials quaternaris els quals es troben sobre les turbidites
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
42
impermeables del Miocè inferior. Aquest domini de l’escolament base per part
de l’aqüífer superficial no confinat es veu reforçat per l’albellonatge. A més a
més, l’escolament base també es troba influenciat pels efectes estacionals tals
com les variacions en la P i en l’ET. En conseqüència, i considerant que
l’emmagatzematge d’aigua al sòl i l’albellonatge controlen intrínsicament
l’escolament base, era necessari dur a terme una anàlisi de les corbes de
recessió tenint en compte les variables hidrometeorològiques.
S’han seleccionat 17 períodes de recessió que van des dels 3 fins els 17 dies a
partir del cabal instantani mesurat diàriament a les 6.00 h UTC sempre i quan la
pluja fos negligible. Els cabals oscil·len entre els 127,98 i 1,48 l s-1.
Posteriorment, usant el mètode de juxtaposició, es varen derivar 3 corbes de
recessió mestres (CRM) extretes del conjunt de línies comunes (Fig.11)
destacant la influència particula de l’ETP:
1. No influenciada. La mitjana diària de l’ETP fou 0,55 mm. La duració va
ser de 22 dies i és representativa d’aquelles recessions succeïdes a finals de
desembre, gener i principis de febrer.
2. Influenciada 1. La mitjana diària de l’ETP fou de 0,98 mm. La duració va
ser de 17 dies i és representativa d’aquelles recessions succeïdes a finals de
febrer i març.
3. Influenciada 2. La mitjana diària de l’ETP fou de 1,91 mm. La duració va
ser de 13 dies i és representativa d’aquelles recessions ocorregudes a l’abril.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
43
Figura 11. (a) Corbes de recessió mestre; i (b) evolució dels volums de reserva disponibles per a l’escolament.
Una vegada construïdes les CRMs, és interessant escollir i ajustar una
expressió matemàtica que tradueixi la disminució de cabals en funció del
temps. Aquest procés és útil, per una banda, per comparar el comportament de
conques diferents i, per una altra, per determinar l’evolució de les reserves
d’aigua d’una conca durant la recessió. Si el que interessa és conèixer
l’evolució de les reserves hídriques d’una conca, com n’és el cas, és necessari
un bon ajustament de tot el conjunt de la corba (Toebes & Strang, 1964).
Aquest ajustament a partir d’una expressió matemàtica pot ser realitzat de
diverses maneres (Tallaksen, 1995). Ara bé, el model d’emmagatzematge-
escolament que més bé s’ajusta a un aqüífer superficial no confinat és el
Depuit-Boussinesq. Es tracta d’una solució exacta pel diferencial no lineal de
l’equació d’escolament, essent una funció hiperbòlica de segon grau
20
0
t)X+1(Q=Q
∗ (6)
on Q és el cabal (l s-1), t el temps d’escolament (dies) i X0 és un coeficient de
recessió no constant. L’equació produeix l’escolament des d’un aqüífer no
confinat i proporciona un bon ajustament per a les condicions que compleixin
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
44
aquests requisits. De totes formes, val a dir que qualcunes vegades les corbes
de recessió no s’acaben d’ajustar correctament en aquesta equació, tal i com
ha succeït amb Can Revull. Latron (2003) suggerí la següent solució per
millorar l’ajustament de la corba de recessió:
∑∗
n
1=i 2i
i
t)X+1(Q=Q (7)
Per a les tres corbes n=2, amb els paràmetres optimitzats aplicant una
regressió no lineal limitada amb SPSS. Aquestes equacions han estat
integrades per mesurar les reserves disponibles per a l’escolament, amb les
quals pot ser estimat usant la següent equació:
∑∗
n
1=i i
it)X+1(
R=R (8)
on R és la reserva disponible per a l’escolament (mm).
Tal i com mostra el coeficient de recessió (Taula 8), els segments amb molt de
pendent de la part superior de la CRM no influenciada semblen reflectir que
l’emmagatzematge superficial respon ràpidament a les precipitacions però
s’exhaureix de manera bastant ràpida. Tot i això, les altres parts de la corba
tenen coeficients de recessió més baixos demostrant una bona capacitat de
retenció al mantenir un 34% de les reserves hídriques al final del període de
recessió gràcies a la suau topografia, a la geologia i a la textura del sòl. Els
coeficients de recessió de les CRM influenciades 1 i 2 demostren la influència
de l’ETP en les parts baixes d’aquestes corbes, retenint únicament el 25 i 21%
respectivament de les reserves hídriques al final de cada període de recessió.
De manera similar, els volums de reserva inicials són clarament diferents per a
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
45
cada CRM. Així, per a la CRM no influenciada el volum inicial fou de 83 mm,
mentre que per a les influenciades 1 i 2 fou de 33 i 23 mm respectivament.
CRM Equació ETP mitjana per dia (mm)
Q0 (ls-1)
Q7
(ls-1) Q13
(ls-1) R0
(mm) R7
(mm) R13
(mm) X0 X7 X13
No influenciada
22 0301
821
540 )t.(
.
)t.(1
106.2Q∗+
+∗+
=
0,55 128,0 22,1 14,4 83,1 51,0 39,0 0,125 0,035 0,030
Influenciada 1 22 922101111
060 )t.(.
)t.(125.5Q
∗++
∗+=
0,98 36,6 13,3 8,2 32,6 17,1 10,5 0,091 0,064 0,064
Influenciada 2 22 5301514
090 )t.(.
)t.(122.4Q
∗++
∗+=
1,91 36,9 10,3 5,5 22,6 8,8 4,8 0,133 0,096 0,093
Taula 8. Equacions de les corbes de recessió, cabal (Q), reserva màxima disponible (R) i coeficient de recessió (X) per a t = 0, 7 i 13 dies.
4.1.4. Dinàmiques de l’escolament directe: les relacions escolament-
precipitació a escala temporal d’event
Tot i representar només el 2,1% del període d’estudi, l’escolament directe
representa la resposta de la conca a la precipitació. Per això, les relacions
precipitació-escolament foren analitzades, incloent variables
hidrometeorològiques derivades dels 26 events. Les variables foren agrupades
com a independents (condicions antecedents i precipitació) i com a dependents
(relacionades amb el cabal). Les variables independents poden ser
classificades segons les teories sobre els mecanismes de generació de
l’escolament: a) variables de la intensitat de precipitació relacionades amb la
teoria de Horton; b) condicions antecedents i precipitació total relacionades
amb la teoria de Dunne. Segons Horton (1933), la saturació del sòl pot
esdevenir quan les intensitats de precipitació superen la saturació de la
conductivitat hidràulica del sòl. A més, la durada de la precipitació ha de ser
més gran que el temps de saturació (ponding time). Si la intensitat de la
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
46
precipitació és menor que la conductivitat hidràulica, l’escolament es produeix
si el nivell freàtic és elevat (Dunne & Black, 1970). Per tant, la saturació del sòl
és resultat d’un increment del nivell freàtic.
Diverses regressions múltiples per passes s’han aplicat amb les variables en
forma lineal i logarítmica, essent el pic de cabal màxim (Qmax) i l’escolament
directe (Qdir) les variables dependents. Amb l’objectiu d’avaluar la magnitud de
les relacions entre variables, es va aplicar l’anàlisi de les correlacions de
Pearson, introduint ambdós tipus de variables. Es va trobar que les variables
dependents eren més significatives en format logarítmic, mentre que les
variables independents ho eren més en format lineal. Totes les variables
independents incloses en les regressions múltiples estaven correlacionades i
eren significatives (p<0,05) amb les dues variables dependents.
4321 01300150006000502481 X.X.X.X..LogQmax −+++= 6531 00100150038001606442 X.X.X.X..LogQrunoff −−++=
on
Qmax; Pic de cabal màxim (l s-1) Coeficients β
Qdir; Escolament directe (mm) Qmax Qrunoff
X1; Precipitació antecedent 3 dies abans (mm) 0,328 0,572
X2; Precipitació antecedent 7 dies abans (mm) 0,530 ------
X3; Precipitació total de l’event (mm) 0,658 0,974
X4; Intensitat de precipitació mitjana (mm) -0,492 ------
X5; Intensitat de precipitació màxima en 5’ (mm) ------ -0,716
X6; Interval de temps entre la mediana de la tempesta i el pic de cabal (min)
------ -0,474
Taula 9. Equacions derivades de les relacions precipitació-escolament aplicant la tècnica de regresió multiple per passes així com els coeficients β derivats
La taula 9 mostra les equacions derivades. En tots els casos els coeficients de
correlació estaven als voltants del 0,85. Aquestes equacions varen ser usades
només com a mínims quadrats descriptius per ajustar-se a les dades de la
conca, sempre sense anar més enllà dels límits pels quals foren derivades.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
47
Amb tot, aquestes equacions resumeixen els processos hidrològics que prenen
part en la generació de l’escolament a la conca:
- La primera equació explica el comportament del Qmax, el qual integra els
dos components d’escolament. Tal i com indiquen els valors estacionals de
BFI, quan l’escolament és present, l’escolament base i l’albellonatge jugaren un
paper importantíssim durant la major part del període d’estudi.
Conseqüentment, les condicions antecedents són importants en la generació
d’escolament, fet corroborat per les 2 variables relacionades que formen part
de l’equació: precipitació antecedent 3 i 7 dies abans de l’event. Els coeficients
β (0,33 i 0,53 respectivament) indiquen que el Qmax és major quan el sòl és a
capacitat de camp. Igualment, si la precipitació total de l’event és major, el Qmax
serà major. El seu coeficient β (0,66) és el major de totes les variables, indicant
que és la variable més influent. Finalment, la intensitat de precipitació mitjana
mostra una tendència negativa (coeficient β és -0,49) per mor de que les
intensitat de precipitació més elevades es produeixen quan la conductivitat
hidràulica del sòl no està saturada i l’escolament base és baix o nul, causant
que el Qmax sigui menor encara que les intensitats de precipitació siguin majors.
- La segona equació explica només un dels components d’escolament:
Qdir. En aquest cas, les condicions antecedents no són tan importants com a la
primera equació. Per tant, la precipitació antecedent dels 3 dies previs és
l’única variable de condicions antecedents dins l’equació. El seu coeficient β
(0,57) és més baix que el de les variables de condicions antecedents a la
primera equació. En canvi, les variables relacionades amb la precipitació com
són la precipitació total de l’event i la intensitat de precipitació cada 5 minuts
són les més significatives a l’estar relacionades directament amb Qdir. Així, el
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
48
coeficient β de la precipitació total de l’event fou 0,97, essent més significatiu
que a la primera equació. Igual que a la primera equació, la intensitat de la
precipitació modifica negativament l’equació. Emperò aquesta vegada encara
molt més ja que la variable utilitzada és la intensitat de precipitació cada 5
minuts. El coeficient β fou també major, indicant una influència significativa.
Finalment, una segona variable il·lustrà una tendència negativa dins l’equació:
l’interval de temps en minuts entre la mitjana de l’event de precipitació i el Qmax.
Si aquest interval de temps és més llarg, Qdir serà menor indicant que la
conductivitat hidràulica del sòl no està saturada, causant que el Qdir sigui menor
ja que les reserves hídriques del sòl no estan completes.
En definitiva, ambdues variables, Qmax i Qdir estan influenciades principalment
pel mecanisme de Dunne. La capacitat de reserva hídrica del sòl ha de ser
completa abans que qualsevol escolament sigui generat. Per aquest motiu, les
variables hortonianes produeixen una tendència negativa en el comportament
hidrològic –principalment al Qdir - sobretot quan la pluja és torrencial, fet que sol
ocórrer a finals d’estiu i durant la tardor justament quan l’escolament base no
és present o insignificant. Per aquest motiu, els valors d’escolament són
menors.
4.2. Transport de sediment en suspensió
4.1.1. Magnitud i duració de la concentració del sediment en suspensió
(CSS)
La magnitud del CSS d’un curs fluvial està molt relacionada amb la magnitud[u4]
del sediment en suspensió produït a la seva conca de drenatge. El volum
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
49
d’escolament també exercirà un control important ja que la mitjana de
concentració representa la càrrega anual dividida pel volum d’escolament anual
(Walling, 1996). La figura 12 i la taula 10 informen sobre els valors
quinzeminutals de cabal i CSS durant el període d’estudi així com també de les
corbes de duració i freqüència per aquests valors.
Figura 12. (a) Cabal i CSS basats en les lectures quinzeminutals; els histogrames il·lustren la precipitació i l’escolament mensuals durant el període d’estudi (2004-2007) i (b) corbes de duració de cabal i CSS durant el període d’estudi (2004-2007).
Considerant que el canal restà sec durant el 67,9% del període d’estudi, les
estadístiques de SS només foren calculades quan l’escolament era present.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
50
Per tant, la mitjana anual de la CSS va ser de 17.3 mg l-1. La CSS màxima fou
de 2.270 mg l-1 tot i que la majoria de pics oscil·laren normalment entre els 100
a 500 mg l-1. Valors comparables han estat exposats a d’altres conques
mediterrànies amb usos del sòl similars (Sala & Farguell, 2002) així com a
ambients humits temperats (Wass & Leeks, 1999). La corba de duració de CSS
indica que les concentracions romangueren per davall dels 15 mg l-1 durant un
79% del període d’estudi quan l’escolament era present. CSS superiors als 100
mg l-1 només es donaren durant un 0,6% del temps.
Total Tardor Hivern Primavera Estiu
Concentració mitjana (mg l-1) 17 24 14 20 116
Desviació estàndar 53 93 20 57 295
Concentració màxima (mg l-1) 2.270 2.270 1.416 1.632 1.569
Coeficient de Variació (%) 307 385 137 292 254
Taula 10. Estadístiques bàsiques dels valors generals i estacionals de CSS durant el període d’estudi 2004-2007.
La variabilitat de la CSS fou molt elevada tal i com indica el coeficient de
variació anual (307%). Aquesta variabilitat és més destacada que en d’altres
conques mediterrànies (Batalla & Sala, 1994; Llorens et al., 1997; Farguell,
2005), fet que s’explica pels forts contrastos estacionals, clarament relacionats
amb l’efecte dilució associat amb les diferents i variades dinàmiques
estacionals de l’escolament base (veure secció 4.1). Aquestes dinàmiques
relacionades amb els diferents efectes dilució estacionals causaren que les
estacions equinoccials mostrassin els majors coeficients de variació (tardor
385%; primavera 292%) ja que la contribució de l’escolament base varia
àmpliament depenent de les condicions antecedents. En canvi, les estacions
solsticials mostraren els menors coeficients de variació (hivern 137%; estiu
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
51
254%) ja que la contribució de l’escolament base fou molt elevada i sostinguda
durant l’hivern mentre que a l’estiu no n’hi hagué.
4.2.2. La relació entre cabal i concentració del sediment en suspensió
Q/CSS
Regressions a b r2 n
Total 16,209 0,157 0,01 2.115
Estiu 81,060 -0,263 0,03 443
Hivern 5,802 0,424 0,09 1.672
Branca d’ascens 6,754 0,486 0,17* 548
Branca de descens 24,614 0,020 0,00 1.567
Ascens d’estiu 8,419 0,456 0,13* 148
Descens d’estiu 275,731 -0,610 0,17* 297
Ascens d’hivern 5,236 0,545 0,20* 400
Descens d’hivern 5,353 0,419 0,08 1.270
Taula 11. Forma de la equació i ajust de les relacions entre la CSS i el cabal durant el període d’estudi 2004-2007. * Correlacions significatives al nivell de 0,05.
La magnitud i duració de la CSS ha proporcionat una primera aproximació en
l’avaluació de la producció de SS a la conca evidenciant que per a un cabal
determinat, les concentracions són majors a l’estiu que a l’hivern. La corba de
regressió (rating curve) i els seus paràmetres relacionats a i b reflecteixen el
patró d’erosió d’una conca de drenatge. No obstant, com les variacions del
cabal només expliquen entre un 1 i un 20% de la variança del SS (Taula 11), no
va ser possible analitzar el patró d’erosió i el funcionament dels processos de
redistribució del sediment utilitzant els paràmetres de regressió (Syvitski et al.,
2000). La manca important de correlació entre el cabal i la CSS demostra que
l’energia hidràulica no fou el factor predominant en els processos d’erosió del
sòl i el posterior transport de sediment en el canal.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
52
4.2.3. Relacions multivariants en la concentració del sediment en
suspensió (CSS)
La manca de correlació entre el cabal i la CSS reflectida en la dispersió de les
corbes de regressió implica que deuen ser altres els factors que controlen el
subministrament de SS al canal. Amb tot, l’anàlisi multivariant hauria de millorar
la comprensió dels mecanismes que controlen aquest procés.
(b) General Hivern Estiu Pic Multi-pic Coeficients β
Variables Independents CSS total
CSS directe
CSS total
CSS directe
CSS total
CSS directe
CSS total
CSS directe
CSS total
CSS directe
X1; Duració de l’event de SS (min) 0,256 0,144 0,110 -0,405 0,236
X2; Interval de temps entre l’inici de la tempesta I l’inici del transport de SS (min)
0,496 0,525
X3; Índex d’intensitat de la crescuda 0,493 0,447 0,426 0,293 0,523 0,481
X4; Intensitat maxima de precipitació en 30’ (mm) 0,734 0,704
X5; Intensitat de precipitació mitjana (mm) 0,697 0,732 0,576 0,717 0,926 1,065 0,686 0,716
Taula 12. (a) Equacions derivades per a la CSS-total i per a la CSS-directa aplicant la tècnica de la regressió multiple per passes i (b) els coeficients β derivats.
L’explicació dels processos de transport de SS fou millorada significativament a
través de les equacions de regressió múltiple. D’aquesta manera, si el cabal
(a) Variables dependents
CSS-total CSS-directe
Subdivisió Equació R2 ajustat
Equació R2 ajustat
General 531 4931132627540950622105 X.X.X.. +++− 0,901 53 191315966262738170 X.X.. ++− 0,880
Hivern 531 147168222329076020797 X.X.X.. +++− 0,959 531 2454936139281430237239 X.X.X.. +++− 0,974
Estiu 5649932522 X.. + 0,833 41 15431595038681 X.X.. +− 0,996
Pic 631 5711160928721050181126 X.X.X.. +++− 0,926 53 712309516933591184 X.X.. ++− 0,899
Multi-pic 42 70513073119458 X.X.. ++− 0,974 42 578241242246130 X.X.. ++− 0,959
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
53
únicament explicava un màxim del 20% de la variança del SS, les variables de
regressió múltiple assoliren nivells d’explicació de la variança del SS entre el 83
i el 99%. La taula 12 mostra les equacions i els valors del coeficient β que
permeten interpretar els processos involucrats en el subministrament de
sediment al canal. Posteriorment, la CSS i la CSS-directa foren comparades a
través dels coeficients β tenint en compte totes les subdivisions realitzades en
el conjunt total de dades:
- Equacions generals. La intensitat de la precipitació (Iprec) fou la variable
més significativa, tant per a la CSS-total com per a la CSS-directa. Arabé, va
ser més important a la CSS-directa (0,732) que a la CSS-total (0,697) ja que la
Iprec juga un paper molt important en la mobilització de SS per part de
l’escolament directe, el qual és generat principalment als vessants. La intensitat
de crescuda (Icres) és la segona variable més significativa (veure la taula 3 per
tenir més detalls sobre la seva estimació). En aquest cas, només una mica més
influent en la CSS-total (0,493) que a la CSS-directa (0,447). El rentatge del
canal per part de cabals elevats està directament relacionat amb la Icres. En
aquest sentit, quan l’escolament base és present de manera perllongada, es
produeixen una diversitat de processos físics i biològics dins el canal que
provoquen un increment de l’emmagatzematge de sediment disponible el qual
serà fàcilment remogut per aquests processos de rentatge relacionats amb la
Icres (Imeson, 1977; Walling & Webb, 1982; Carling, 1983). Per contra, durant
l’estiu el segellament i encrostiment són els processos més comuns que
redueixen la disponibilitat de sediment en el canal (Zhu et al., 1999). Finalment,
la durada de l’event de SS fou significativa a l’equació de la CSS- total ja que el
nombre d’events d’hivern fou més important que els d’estiu. Per afegitó, la
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
54
durada dels events estiuencs fou més curta que la dels d’hivern per mor de que
les tempestes d’elevada intensitat que es produeixen a l’estiu són de curta
durada, a més de l’absència d’escolament base.
- Equacions estacionals. Ja que els paràmetres físics controlen el
subministrament de SS al canal de diverses formes durant els períodes secs i
humits, les equacions estacionals haurien d’evidenciar millor aquests
processos. Així, la Iprec torna a ser la variable més influent durant l’hivern i
l’estiu, tant per a la CSS- total com per a la CSS-directa. Tot i això, fou més
important en la CSS-directa que en la CSS- total tal i com ha estat explicat a les
equacions generals. Una anàlisi més detallada mostra com la Iprec és més
significativa durant l’estiu al predominar intensitats elevades de precipitació
associades a sistemes convectius, mentre que a l’hivern domina la pluja
extensa i continuada vinculada a sistemes frontals (Romero, 2001). La Icres
també controla la CSS- total i la CSS-directa durant l’hivern, mentre que a
l’estiu no és important perquè l’escolament base no hi és present o és
insignificant. Inversament a les equacions generals, els coeficients β de la Icres
durant l’hivern són clarament diferents entre la CSS- total (0,426) i la CSS-
directa (0,293), ja que la Icres és una variable directament relacionada amb
l’energia hidràulica del canal, la qual provoca el rentatge del sediment generat
per processos biològics i físics i que és emmagatzemat al canal durant els
períodes en que l’escolament base és present de manera perllongada, sobretot
durant l’hivern. Finalment, la durada de l’event de SS és significativa només a
la CSS-directa durant l’estiu (-0,405) denotant que un increment de la durada
de l’event és associada amb una disminució de la CSS-directa, ja que quan
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
55
l’event dura més implica la presència d’un període de recessió que genera
escolament base i que provoca un efecte dilució.
Figura 13. Exemples de crescudes (a) d’un sol pic i (b) multi-pic
- Equacions d’events de pic individual o multi-pic. La figura 13 mostra un
exemple d’event de pic individual i d’un event multi-pic. Els events multi-pic es
produeixen quan la ciclogènesi mediterrània genera sistemes de baixes
pressions associats de fronts de pluja continuada i extensa que es van succeint
(Romero, 2001). Per una altra banda, els events de pic individual estan
relacionats a d’altres condicions sinòptiques com sistemes convectius o
sistemes frontals atlàntics. Les equacions d’event de pic individual mostren una
dinàmica del SS molt semblant a la de les equacions generals ja que un 77%
dels events són de pic individual. En canvi, les equacions d’event multi-pic
mostren un patró ben diferenciat. La Iprec continua essent la variable més
significativa mitjançant la intensitat de precipitació màxima en 30’; mentre que
la Icres és reemplaçada ja que el primer pic fou considerat com a un event de pic
individual. Per tant, els processos de rentatge relacionats amb la Icres no tenen
lloc, fent que la relació temporal entre la P i el SS sigui la segona variable més
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
56
significativa, revelant que la CSS s’incrementa quan el desfasament entre l’inici
de la tempesta i l’inici del transport de SS és més llarg.
4.2.4. Exportació i taxes de producció de sediment en suspensió
Durant el període d’estudi, l’exportació total estimada va ser de 9.962 kg, la
qual cosa representa una taxa de producció mitjana anual de 3,1 t km-2 yr-1. Les
taxes de producció anuals foren de 4,5; 2,2 i 2,7 t km-2 yr-1 respectivament
(Taula 13).
Any Exportació (kg) Taxa producció (t km2 yr-1) Escolament (mm)
2004-05 4.753,3 4,5 173,3
2005-06 2.325,9 2,2 102,8
2006-07 2.883,3 2,7 92,7
Mitjana període 3.320,8 3,1 122,9
Taula 13. Exportació, taxes de producció de sediment en suspensió i escolament durant el període d’estudi 2004-2007.
La manca d’estudis de transport de sediment a conques agrícoles
mediterrànies dificulta qualsevol intent de comparació de les taxes de
producció. En canvi, si es considera que l’ús del sòl és probablement el factor
de control dominant dels fluxos de SS en àrees de relleus suaus, contràriament
al que succeeix a regions muntanyenques on els processos naturals continuen
dominant (Syvitski, 2003), la rompuda de terres en aquestes àrees de relleus
suaus hauria d’incrementar les taxes de producció de sediment amb més d’un
ordre de magnitud (Douglas, 1993). A més, és un efecte que s’incrementa com
més petita sigui l’àrea de drenatge ja que les conques més petites tenen una
major capacitat de resposta hidrològica a més d’una menor capacitat
d’emmagatzematge dels sediments erosionats (Milliman & Syvitski, 1992). Amb
aquests paràmetres condicionants s’haurien d’il·lustrar unes taxes de producció
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
57
de sediment elevades ja que Can Revull drena un àrea de només 1 km2 i hi
predominen els usos agrícoles. Emperò, les taxes de producció de sediment
foren molt menors si es comparen amb aquelles calculades per diversitat
d’autors en d’altres conques de clima mediterrani (Milliman & Mead, 1983;
Inbar, 1992; Walling & Webb, 1996; Batalla et al., 2005a; Batalla et al., 2005b;
Achite & Ouillon, 2007), fins i tot a conques forestals. Aquest fet pot ser
relacionat amb una combinació de diversos factors. El primer de tots està
relacionat amb aquelles àrees de major pendent i de topografia convexa que
han estat modificades històricament per la construcció d’estructures de retenció
per evitar l’erosió tals com marjades i parats (veure secció 1.2.2 i secció 2). El
segon factor està relacionat a les àrees planes que són ocupades
majoritàriament per conreus herbacis de secà, conreus que estan associats
inicialment amb taxes d’erosió elevades (Kosmas et al., 1997). Però, a les
àrees planes de Can Revull la connectivitat entre els vessants i el canal és
pràcticament nul·la perquè la sèquia s’ha construït per sobre del tàlveg natural
a més del predomini de formes topogràfiques còncaves. Ambdós factors
provoquen que el sediment no sigui transferit als canals.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
58
Figura 14. Avaluació de l’exportació de SS durant el període d’estudi (2004-2007): (a) Exportació mitjana mensual d’escolament i SS així com els valors dels coeficients de variació respectius; (b) Importància relativa de l’exportació estacional de SS per a cada any hidrològic i de tot el període d’estudi; (c) Corba de duració acumulativa d’exportació de SS; (d) Importància relativa estacional de l’escolament i exportació de SS màxims diaris.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
59
La figura 14A mostra l’exportació mitjana anual de SS i de l’escolament pel
període d’estudi a més dels seus coeficients de variació. Les formes generals
de l’exportació de SS i de l’escolament mostren algunes diferències
significatives. Així, l’exportació màxima de SS es va produir al desembre quan
el sediment disponible als vessants llaurats de capçalera és remogut (Fig.15).
Figura 15. La fotografia mostra un dels xaragalls efímers formats a l’inici del període d’hivern a la zona de capçalera
Durant el gener, la Mediterrània occidental normalment es troba sota la
influència d’altes pressions fredes que estabilitzen el temps. Així, l’exportació
de sediment al gener fou molt menor que al desembre, mentre que
l’escolament fou molt similar gràcies al predomini de l’escolament base reforçat
per l’albellonatge. Al febrer, els fronts atlàntics tornen a aportar més pluja
incrementant el ja elevat escolament base mantingut gràcies als baixos valors
d’ET. Conseqüentment, el febrer enregistra el màxim mensual d’escolament.
En canvi, el transport de SS fou menor que el desembre evidenciant un
exhauriment del sediment mobilitzat als vessants durant el desembre, afegint
que la cobertura vegetal d’aquests vessants ja és major pel creixement dels
conreus herbacis. A més, al febrer la mobilització de sediment al canal és més
important per mor dels processos de rentatge vinculats a la generació física i
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
60
biològica de sediment relacionada amb la presència perllongada d’escolament
base.
El règim anual de l’exportació de SS és anàleg al d’escolament. Així, el període
comprès entre desembre a febrer suposa el 73% del transport de SS anual i el
68% de l’escolament anual. Per contra, als mesos d’estiu el transport de SS
queda restringit i menys del 13% de l’exportació anual de SS és transferida en
el període de 6 mesos comprès de l’abril al setembre (ambdós inclosos). En
ambients humits temperats, l’escolament és relativament més important que
l’exportació de SS durant l’estiu (Walling & Webb, 1982). En canvi, a Can
Revull, l’escolament estiuenc representa menys de l’11% de l’escolament anual
ja que el comportament efímer és predominant. L’analogia d’aquests règims es
recolza en uns coeficients de variació molt similars dels valors derivats de la
mitjana mensual de l’exportació de SS i de l’escolament.
Si la comparació a escala mensual ha estat possible, a escala estacional ha
estat difícil d’establir. A més, si la CSS mostrà un comportament estacional,
l’exportació de SS no mostra aquest mateix patró. L’estacionalitat no és
consistent any per any i no implica que en una estació es puguin exportar la
mateixa o similar quantia de SS (Fig.14B) per mor de la irregularitat en els
patrons estacionals dels climes mediterranis.
Per analitzar l’exportació de SS amb més detall, és necessari estudiar la
periodicitat del transport de SS. Així, la realització de corbes de duració
acumulatives de les exportacions de SS basades en els valors quinzeminutals
quan l’escolament era present, proporciona una millor perspectiva del transport
de SS. Exportacions elevades, associades a tempestes de curta durada, són
més evidents amb la informació de la durada de l’exportació expressada en
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
61
format acumulatiu (Fig.14C). Aquestes dades indiquen que el 50% de
l’exportació total fou remoguda durant només un 0,13% del període d’estudi
quan l’escolament era present. La major part (90%) del SS fou transportat en
només un 1,09% del temps quan l’escolament era present. La manca
d’efectivitat de transport del SS durant els períodes de cabals baixos també
s’evidencia pel fet de que menys de l’1% de l’exportació total de SS fou
transferida durant un període de temps que suposa un 90% del període
d’estudi.
La figura 14D mostra la importància dels events de major magnitud en el
transport de SS i en l’escolament. Els valors foren calculats a partir de les
dades instantànies quinzeminutals i també estan expressades com a un
percentatge de l’exportació total estacional. Quan l’escolament era present,
l’event diari més extrem de cada estació va tenir un impacte molt major en el
transport de SS que a l’escolament. Les proporcions poden variar
considerablement a nivell estacional i anual per mor de la distribució irregular
de la P típica del clima mediterrani. A l’any 2004-2005, el màxim diari de
l’exportació de SS suposà un 20% de l’exportació estacional de SS mentre que
el màxim diari d’escolament només comptabilitzà un 3,7% del volum estacional.
Per altra banda, durant l’any hidrològic 2005-2006 el pes relatiu del valor màxim
diari de l’exportació estacional de SS fou del 44,5%, mentre que per a
l’escolament estacional fou del 47,9%. Així, durant l’any hidrològic 2004-2005
els principals events de P tingueren lloc a finals de tardor i durant l’hivern quan
les reserves hídriques de la conca havien estat recarregades i les pèrdues per
ET eren mínimes comparades amb la P. Amb aquest escenari, importants
volums d’escolament base foren generats permetent diferències significants
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 4. RESULTATS
62
entre les proporcions relatives dels valors màxims diaris de SS i d’escolament.
En canvi, durant l’any 2005-2006 els principals events de P es produïren durant
la primavera i l’estiu just quan la demanda evapotranspirativa era molt elevada,
els sòls estaven secs i l’escolament base no era present. Amb aquestes
condicions, les poques tempestes de curta durada i elevada intensitat que es
produïren provocaren que el pes relatiu a nivell estacional dels valors màxims
diaris d’escolament fos més important que el de l’exportació de SS.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
63
5 CONCLUSIONS S’ha realitzat una anàlisi del comportament hidrològic i del transport de
sediment en suspensió en una petita conca de drenatge del Pla de Mallorca
durant un període d’estudi de 3 anys a través del monitoratge continu del cabal
i de la terbolesa. Aquesta conca és particularment interessant per l’activitat
agrícola extensiva herbàcia de secà i per l’aplicació de pràctiques tradicionals
d’evacuació del sobrant d’aigua del sòl i de prevenció de l’erosió dels sòls.
Després d’aquest estudi detallat, s’han pogut extreure una sèrie de conclusions
que es proposen separadament per a la hidrologia i el transport de SS.
5.1. Hidrologia
1. El balanç hidrològic simple proporciona una visió general del comportament
de les variables hidrològiques a escala estacional i confirma que l’ETP és la
principal variable que controla les dinàmiques hidrològiques de la conca. El
coeficient d’escolament mitjà anual fou relativament elevat (24,8%) per mor de
la presència de l’albellonatge en sòls amb una elevada capacitat
d’emmagatzematge. La manca de significació de les relacions lineals[u5]
establertes entre la precipitació i l’escolament a escala anual i estacional pot
ser relacionada amb el curt període de temps en que s’ha desenvolupat l’estudi
i al limitat rang d’escenaris evapotranspiratius. Com a conseqüència, només fou
possible observar la successió de tres períodes hidrològics diferenciats al llarg
de l’any.
2. Les corbes de duració de cabal (FDC) mostren que el flux només va ser
present durant un 32,4% del temps, mentre que l’escolament directe quedà
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
64
reduït a un 2,1% del temps. Tot i això, hi ha qualcunes diferències significatives
a escala estacional. Així, mentre que a l’hivern hi va haver flux durant un 90%
del temps, a l’estiu només n’hi va haver un 0,8%. L’escolament directe fou
present un 4,9% del temps a l’hivern mentre que només un 0,5% a l’estiu.
Aquestes diferències estacionals es poden observar millor aplicant l’índex de
variabilitat i l’índex 30/70, els quals confirmen la successió dels tres períodes
hidrològics diferenciats on les dinàmiques d’emmagatzematge d’aigua al sòl i
l’albellonatge juguen un paper molt important en la generació d’escolament.
3. L’índex de resposta i l’índex d’escolament base (BFI) són dos bons
indicadors del comportament de cadascun dels components de l’escolament.
L’índex de resposta fou baix (2,4%) a escala anual, indicant elevats dèficits
d’humitat en el sòl, clarament relacionats amb l’ETP. A escala estacional, els
valors de l’índex de resposta es corresponen clarament amb la successió dels
tres períodes hidrològics associats amb les dinàmiques d’emmagatzematge
d’aigua al sòl. Aquests períodes estan clarament definits per la mitjana anual
del BFI (0,92), indicant una elevada contribució d’escolament subsuperficial per
mor de les aportacions de l’aqüífer no confinat que es generen als sòls
profunds, aportacions que es veuen incrementades pel funcionament de
l’albellonatge.
4. Una anàlisi acurada dels períodes de recessió ha permès valorar la
importància d’aquestes dinàmiques d’escolament base. Així, tres corbes de
recessió mestre (CRM) varen ser distingides segons diferents escenaris
evapotranspiratius, els quals se situen temporalment a finals de tardor i l’hivern
(CRM no influenciada), finals d’hivern (CRM influenciada 1) i principis de
primavera (CRM influenciada 2). El model Depuit-Boussinesq per a aqüífers no
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
65
confinats superficials va ser aplicat, mentre que els volums de reserva
disponibles per a l’escolament foren calculats per integració. Entre les tres
CRM es varen poder establir remarcables diferències. Així, la CRM no
influenciada durà 22 dies amb una reserva hídrica disponible al final del període
de recessió de 83 mm, mentre que la CRM Influenciada 1 durà 17 dies amb 33
mm de reserva hídrica al final del període de recessió. Finalment, la CRM
influenciada 2 durà només 13 dies amb 23 mm de reserva hídrica disponible al
final del període de recessió.
5. Finalment, es varen establir diverses regressions múltiples per passes per
analitzar les relacions pluja-escolament. El pic de cabal màxim (Qmax) i
l’escolament directe (Qdir) foren les variables dependents i diverses variables de
condicions antecedents relacionades amb la precipitació foren les variables
independents. Ambdues variables dependents es varen veure influenciades
principalment pels mecanismes de generació d’escolament de Dunne ja que les
reserves hídriques de l’aqüífer superficial i l’albellonatge han d’estar recarregats
abans de que qualsevol flux sigui generat. Per aquest motiu, les variables
hortonianes mostraren una influència negativa en el comportament hidrològic,
sobretot l’escolament directe, ja que quan la precipitació era torrencial al final
de l’estiu i durant la tardor, l’escolament base no era present o era insignificant,
per la qual cosa, els valors d’escolament foren menors.
Aquests resultats proporcionen una informació valuosa sobre les dinàmiques
hidrològiques d’una conca representativa dels usos del sòl al Pla de Mallorca, o
sia, per l’agricultura herbàcia de secà i l’albellonatge. En definitiva, es pot
concloure que són dues les variables que condicionen el funcionament
hidrològic d’aquestes àrees:
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
66
a) L’ETP fou la variable més influent a escala anual i estacional, generant una
successió de tres períodes hidrològics diferenciats. A més, jugà un paper
important en el control de les dinàmiques d’escolament base originalment
controlades per unes capacitats de camp elevades en els sòls argilosos, els
quals generen unes importants reserves hídriques disponibles per a
l’escolament però que es veuen dràsticament reduïdes amb petits increments
de l’ETP.
b) La capacitat d’emmagatzematge al sòl i l’albellonatge són les altres dues
variables influents en la generació d’escolament. Ambdues expliquen els
elevats valors anuals del coeficient d’escolament i el control exercit sobre la
resposta de l’escolament directe. En canvi, les variables relacionades amb la
intensitat de la precipitació indiquen una influència negativa en el
comportament hidrològic, ja que la resposta hortoniana es veu limitada durant
les estacions seques per la manca d’escolament base que provoca que els
valors totals d’escolament siguin menors.
5.2. Transport de sediment en suspensió
1. La mitjana anual de concentració de sediment en suspensió fou de 17,3 mg l-
1, amb un valor màxim assolit de 2.270 mg l-1. Val a dir, emperò, que les
concentracions màximes oscil·laren normalment entre els 100 i 500 mg l-1.
Valors comparables han estat exposats a d’altres conques amb usos del sòl
similars a ambients mediterranis. Les concentracions romangueren per davall
de 15 mg l-1 durant un 79% del període d’estudi quan l’escolament era present;
i superaren els 100 mg l-1 només durant un 0,6% del temps. No obstant, la
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
67
variabilitat de la CSS fou molt elevada (CV 307%), essent molt més gran que
en d’altres conques mediterrànies. Aquesta gran variabilitat s’explica pels forts
contrastos estacionals de les dinàmiques d’escolament base, els quals
s’associen a diferents graus de dilució.
2. Els paràmetres de les corbes de regressió foren derivats i haguessin pogut
ser usats per explicar el patró inicial de l’erosió i el funcionament dels
processos de redistribució de sediment. Emperò, les variacions del cabal
només explicaren entre un 1 i un 20% de la variança del SS, demostrant que
l’energia hidràulica no fou el factor predominant en els processos d’erosió del
sòl.
3. La regressió múltiple per passes fou aplicada per a la CSS i per a la CSS-
directa, produint valors de R2 que oscil·laren entre 0,83 i 0,99. La interpretació
dels valors de β mostren que la intensitat de la precipitació fou la variable més
significativa, sobretot per a la CSS-directa ja que la intensitat de precipitació
implica que l’escolament directe mobilitza el sediment dels vessants. Aquest
procés té lloc principalment durant l’estiu quan predominen les precipitacions
convectives i la disponibilitat de sediment és major als vessants desproveïts de
vegetació. Per una altra banda, la intensitat de crescuda és la segona variable
més influent, controlant només les regressions general i d’hivern. És més
significativa per a la CSS-total que per a la CSS-directa ja que la intensitat de
crescuda està directament relacionada amb els processos de rentatge dins del
canal. Per tant, quan l’escolament base és present, el rentatge mobilitza
fàcilment el sediment emmagatzemat al canal que ha estat generat per
processos físics i biològics. En canvi, durant l’estiu la disponibilitat de sediment
és reduïda per mor dels processos de segellament i encrostiment.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
68
4. L’exportació total transportada fou calculada en 9,96 t durant el període
d’estudi, oferint una taxa de producció específica de sediment en suspensió de
3,1 t km-2 yr-1. Es tracta d’un valor baix que pot ser explicat per dos factors: (a)
històricament, les zones de capçalera foren modificades mitjançant marges i
parats per evitar l’erosió; (b) a les zones planes, la topografia còncava i la
desviació del canal per damunt del tàlveg natural proporciona una baixa
connectivitat entre els vessants i el canal que limita els processos de
redistribució del sediment al llarg del sistema fluvial.
5. La majoria del sediment fou transportat durant curts períodes de temps. Un
50% de l’exportació total fou remoguda en només un 0,13% del període
d’estudi. A més, quan l’escolament base era present, l’event diari més extrem
de cada estació va tenir un impacte molt major en el transport de SS que a
l’escolament. Contràriament, quan la demanda evapotranspirativa fou molt
elevada i l’escolament base no era present, les tempestes d’alta intensitat i
curta durada varen causar que el pes relatiu a nivell estacional dels valors
màxims diaris d’escolament fos més important que el de l’exportació de SS.
Per concloure, es pot assegurar que la variabilitat de l’escolament base i les
pràctiques tradicionals de conservació del sòl restringeixen el transport de
sediment en suspensió de la manera següent:
a) Els forts contrastos estacionals de les dinàmiques de l’escolament base
associades a diferents graus de dilució proporcionen una elevada dispersió de
la CSS i en les corbes de regressió, indicant que altres factors controlen
l’aportació de SS. La intensitat de precipitació és la variable més significativa en
l’aportació de SS. En canvi, quan l’escolament base és present, els processos
físics i biològics generen sediment en el canal el qual és fàcilment remogut per
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 5. CONCLUSIONS
69
cabals elevats. Mentrestant, quan l’escolament base no és present, només la
intensitat de precipitació és la variable que proporciona sediment al canal,
majoritàriament des dels vessants.
b) Les taxes de producció de sediment en suspensió a Can Revull són al
manco d’un ordre de magnitud inferior a la resta de conques mediterrànies
estudiades, fins i tot aquelles on predomina un ús del sòl forestal. El cas de
Can Revull exemplifica la contribució de les pràctiques tradicionals en la
reducció substancial de l’exportació de sediment en suspensió, inclús a un
ambient altament energètic com els de la regió mediterrània.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 6. AGRAÏMENTS
70
6 AGRAÏMENTS Aquest treball s’ha beneficiat del projecte REN2001-0281 “Caracterización
hidrológica y transporte de sedimentos bajo diferentes usos del suelo en la
cuenca del torrent de na Borges (Mallorca)” i del conveni amb el Ministerio de
Medio Ambiente “Red de Estaciones Experimentales de Seguimiento y
Evaluación de la Erosión y la Desertificación (RESEL)”.
S’agraeix a Sebastià Barceló Sansó l’amabilitat i predisposició per crear
l’estació d’aforament a Can Revull, finca de la seva propietat. Igualment, l’ajut
tècnic durant el procés de construcció i en el treball de camp de Joan Miquel
Carmona.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
71
7 BIBLIOGRAFIA
Alexandrov Y, Laronne JB, Reid I. 2003. Suspended sediment concentration and its variation with water discharge in a dryland ephemeral channel, northern Negev, Israel. Journal of Arid Environments 53 (1): 73-84.
Balasch JC, Batalla RJ, Poch RM, Vericat D. 2005. Patterns of suspended sediment transport in two forested Mediterranean mountainous basins (Ribera Salada, Catalan Pre-Pyrenees, NE Spain). A: Geomorphological Processes and Human Impacts in River Basins, Batalla RJ, Garcia C. (eds.). IAHS Publication No. 299, International Association of Hydrological Science: Wallingford; 131-138.
Batalla RJ, Sala M. 1994. Temporal variability of suspended sediment transport in a Mediterranean sandy gravel-bed river. A: Variability in Stream Erosion and Sediment Transport, Olive LJ, Loughran RJ, Kesby JA. (eds.). IAHS Publication No. 224. International Association of Hydrological Science: Wallingford; 299-305.
Batalla RJ, Sala M, Werrity A. 1995. Sediment budget focused in solid material transport in a subhumid Mediterranean drainage basin. Zeitschrift für Geomorphologie 39 (2): 249-264.
Batalla RJ, Garcia C, Balasch JC. 2005a. Total sediment load in a Mediterranean mountainous catchment (the Ribera Salada River, Catalan Pre-Pyrenees, NE Spain). Zeitschrift für Geomorphologie 49 (4): 495-514.
Batalla RJ, Garcia C, Rovira A. 2005b. A decade of sediment transport measurements in a large Mediterranean river (the Tordera, Catalan Ranges, northeast Spain). A: Catchment Dynamics and River Processes. Mediterranean and Other Climate Regions, Garcia C., Batalla, RJ. (eds). Elsevier; 117-140.
Bonner A. 1994. Plantes de les Balears. Editorial Moll: Palma de Mallorca; 147 p.
Brown EH. 1970. Man shapes the Earth. Geographical Journal 136 (1): 74-85.
Carling PA. 1983. Particulate dynamics, dissolved and total load, in two small basins, northern Pennines, UK. Hydrological Sciences Journal 28: 355-375.
Castillo V, Gómez-Plaza A, Martínez-Mena M, Albaladejo J. 2000. Respuesta hidrológica en medios semiáridos: las cuencas experimentales de la Sierra del Picarcho, Murcia (España). Cuadernos de Investigación Geográfica 26: 81–94.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
72
Ceballos A, Schnabel S. 1998. Hydrological behaviour of a small catchment in the dehesa landuse system (Extremadura, SW Spain). Journal of Hydrology 210: 146-160.
Chorley R. 1969. The drainage basin as the fundamental geomorphic unit. A: Water, Earth and Man, Chorley R. (ed.): Wiley: London; 77-100.
Chorley R, Kates RW. 1973. Introduction. A: Water, Earth and Man, Chorley R. (ed.): Wiley: London; 1-10.
Chow VT, Maidment DR, Mays LW. 1988. Applied Hydrology. McGraw Hill: New York; 572 p.
Davide V, Pardos M, Diserens J, Ugazio G, Thomas R, Dominik J. 2003. Characterisation of bed sediments and suspension of the river Po (Italy) during normal and high flow conditions. Water Research 37 (12): 2847-2864.
Diaz Palmer A, Garcia C, Servera J, Úbeda X. 2006. Spatial variability of total nitrogen, total carbon and organic carbon content in the top-soil of the Na Borges basin, Mallorca, Spain. Zeitschrift für Geomorphologie / NEUE FOLGE 143: 83-94.
Dietrich WE, Dunne T. 1978. Sediment budget for a smali catchment in mountainous terrain. Zeitschrift für Geomorphologie Supplement. Band 29: 191-206.
Djorovic M. 1992. Ten-years of sediment discharge measurement in the Jasenica research drainage basin, Yugoslavia. A: Erosion, Debris Flows and Environment in Mountain Regions, Walling DE, Davies T, Hasholt B. (eds.). IAHS Publication No. 209. International Association of Hydrological Science: Wallingford; 37-40.
Douglas I. 1993. Sediment transfer and siltation. A: The Earth as Transformed by Human Action, Turner BL, Clark WC, Kates RW, Richards JF, Mathews JT, Meyer WB. (eds.). Cambridge University Press: Cambridge; 215–234.
Dunne T, Black RD. 1970. Partial area contributions to storm runoff in a small New England watershed. Water Resources Research 6: 1296-1311.
Estrany J, Garcia C. 2005. Monitoring suspended sediment fluxes in the Na Borges basin, Mallorca, Spain. A: Geomorphological Processes and Human Impacts in River Basins, Batalla RJ, Garcia C. (eds.). IAHS Publication No. 299, International Association of Hydrological Science: Wallingford; 119-125.
Farguell J. 2005. Suspended sediment dynamics and yield in the Mediterranean Anoia River basin under different land uses. Tesi doctoral no publicada. Universitat de Barcelona: Barcelona; 217 p.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
73
Farguell J, Sala M. 2005. Seasonal suspended sediment concentrations and their relationship with discharge in the Anoia River Basin, NE Spain. A: Geomorphological Processes and Human Impacts in River Basins, Batalla RJ, Garcia C. (eds.). IAHS Publication No. 299, International Association of Hydrological Science: Wallingford; 111-116.
Farguell J, Sala M. 2005. Seasonal trends of Suspended Sediment Concentration in a Mediterranean Basin (Anoia River, NE Spain). A: Soil erosion and sediment redistribution in river catchments. Measurement, Modelling and Management, Owens PN, Collins AJ. (eds.). Cabi Publishing; 85-93.
Finlayson B. 1981. The analysis of stream suspended loads as a geomorphological teaching exercise. Journal of Geography in Higher Education 5: 23-35.
Foster IDL, Millington R, Grew RG. 1992. The impact of particle size controls on stream turbidity measurements: some implications for suspended sediment yield estimation. A: Erosion and Sediment Transport Monitoring Programmes in River Basins, Bogen J, Walling DE, Day TJ. (eds.). IAHS Publication No. 210, International Association of Hydrological Science: Wallingford; 51-62.
Gallart F, Llorens P, Latron G. 1994. Studying the role of old agricultural terraces on runoff generation in a small Mediterranean mountainous basin. Journal of Hydrology 159: 291-303.
Gallart F, Latron G, Llorens P, Rabadà D. 1997. Hydrological functioning of mediterranean mountain basins in Vallcebre, Catalonia: Some challenges for hydrological modelling. Hydrological Processes 11 (9): 1263-1272.
Gallart F, Llorens P, Latron G, Regüés D. 2002. Hydrological processes and their seasonal controls in a small Mediterranean mountain catchment in the Pyrenees. Hydrology and Earth System Science 6 (3): 527-537.
García-Ruiz JM, Martí-Bono C, Arnáez J, Beguería S, Lorente A, Seeger M. 2000. Las cuencas experimentales de Arnás y San Salvador en el Pirineo Central español: escorrentía y transporte de sedimento. Cuadernos de Investigación Geográfica 26: 23–40.
García-Ruiz JM, Arnáez J, Beguería S, Seeger M, Martí-Bono C, Regüés D, Lana-Renault N, White S. 2005. Runoff generation in an intensively disturbed, abandoned farmland catchment, Central Spanish Pyrenees. Catena 59 (1): 79-92.
García-Ruiz JM, Regüés D, Alvera B, Lana-Renault N, Serrano-Muela P, Nadal-Romero E, Navas A, Latron J, Martí-Bono C, Arnáez J. 2008. Flood
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
74
generation and sediment transport in experimental catchments affected by land use changes in the central Pyrenees. Journal of Hydrology 356 (1-2): 245-260.
Gippel CJ. 1989. The use of turbidimeters in suspended sediment research. Hydrobiologica 176/177: 354-379.
Gippel CJ. 1995. Potential of turbidity monitoring for measuring the transport of suspended solids in streams. Hydrological Processes 9: 83-97.
Green FH. 1979. Field Drainage in Europe: a quantitative survey. Institute of Hydrology, Wallingford, England. Report 57.
Gregory KJ, Walling DE. 1973. Drainage Basin Form and Process. A geomorphological approach. Edward Arnold (Publishers) Ltd: London; 458 p.
Grimalt M, Blázquez M, Rodríguez R. 1992. Physical factors, distribution and present land-use of terraces in the Tramuntana mountain range. Pirineos 139: 15-25.
Grimalt M, Rodríguez R. 1997. Caracterització dels murs de pedra transversals als cursos d’aigua del terme de Manacor (Mallorca). A: La pedra en sec. Obra, paisatge i patrimoni, FODESMA (ed.). Consell Insular de Mallorca: Palma de Mallorca; 285-293.
Grimalt M, Rodríguez R, Ferrer I, Reynés A, Alomar G. 2002. Paisatge i pedra en sec a Mallorca. Mètode: Revista de difusió de la investigació de la Universitat de Valencia 36: 40-43
Hall DG. 1967. The pattern of sediment movement in the River Tyne. A: Symposium on River Morphology, IAHS Publication No. 75. General Assembly of Bern. International Association of Hydrological Science Publication: Wallingford; 117-140.
Hewlett JD, Lull HW, Reinhart KG. 1969. In defense of experimental watersheds. Water Resources Research 5 (1): 306-316.
Horton RE. 1933. The role of infiltration in the hydrologic cycle: EOS, Transactions, American Geophysical Union 14: 446-460.
Imeson AC. 1977. Splash erosion, animal activity and sediment supply in a small forested Luxembourg catchment. Earth Surface Processes 2: 153-160.
Inbar M. 1992. Rates of Fluvial Erosion in Basins with a Mediterranean Type Climate. Catena 19: 393-409.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
75
Instituto Nacional de Estadística -INE- 2003. Anuario Estadístico de España. Ministerio de Economía y Hacienda: Madrid; 755 p.
Instituto Geológico y Minero de España –ITGME- 1992. Mapa geológico de España E. 1:50 000. ITGME: Madrid.
International Organization of Standards, 1980. Water flow measurement in open channels using weirs and venturi flumes - Part 1: Thin plate weirs. ISO 1438/1-1980(E).
Iroumé A. 1990. Assessment of Runoff and Suspended Sediment Yield in a Partially Forested Catchment in Southern Chile. Water Resources Research 26 (11): 2637-2642.
Jenkins HC, Sellwood BW, Pomar L. 1990. A Field Excursion Guide to the Island of Mallorca. Geologists' Association Guides. The Geologist's Association: London; 93 p.
Kosmas C, Danalatos N, Cammeraat LH, Chabart M, Diamantopoulos J, Farand R, Gutierrez L, Jacob A, Marques H, Martinez-Fernandez J. 1997. The effect of land use on runoff and soil erosion rates under Mediterranean conditions. Catena 29 (1): 45-59.
Lana-Renault N, Latron J, Regüés D. 2007. Streamflow response and water-table dynamics in a sub-Mediterranean research catchment (Central Pyrenees). Journal of Hydrology 347 (3-4): 497-507.
Lane EW, Lei K. 1950. Streamflow variability. American Society of Civil Engineering Transects 20: 1084-1134.
Lasanta T, Garcia-Ruiz JM, Perez-Rontome C, Sancho-Marcen C. 2000. Runoff and sediment yield in a semi-arid environment: the effect of land management after farmland abandonment. Catena 38 (4): 265-278.
Latron J. 2003. Estudio del funcionamiento hidrológico de una cuenca mediterránea de montaña (Vallcebre, Pirineos Catalanes). Tesi doctoral. Universitat de Barcelona: Barcelona; 269 p.
Latron J, Soler M, Llorens P, Gallart F. 2008. Spatial and temporal variability of the hydrological response in a small Mediterranean research catchment (Vallcebre, Eastern Pyrenees). Hydrological Processes 22 (6): 775-787.
Latron J, Gallart F. Runoff generation processes in a small Mediterranean research catchment (Vallcebre, Eastern Pyrenees). Journal of Hydrology, In Press, Accepted Manuscript.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
76
Leopold LB, Wolman MG, Miller JP. 1964. Fluvial Processes in Geomorphology. A Series of Books in Geology. W.H. Freeman and Company: San Francisco and London; 522 p.
Leopold LB, Emmett WW, Myrick W. 1966. Channel and hillslope processes in a semi-arid area, New Mexico. U.S. Geol. Surv. Prof. Paper, 352-C.
Lewin J, Macklin MG, Woodward JC. 1995. Mediterranean Quaternary River Environments. A.A. Balkema: Rotterdam.
Lewis J. 1996. Turbidity-controlled suspended sediment sampling for runoff-event load estimation. Water Resources Research 32: 2299-2310.
Lewis D, Singer MJ, Dahlgren RA, Tate KW. 2000. Hydrology in a California oak woodland watershed: a 17-year study. Journal of Hydrology 240 (1-2): 106-117.
Llorens P, Gallart F. 1992. Small Basin Response in a Mediterranean Mountainous Abandoned Farming Area: Research Design and Preliminary Results. Catena 19: 309-320.
Llorens P, Queralt I, Plana F, Gallart F. 1997. Studying solute and particulate sediment transfer in a small Mediterranean mountainous catchment subject to land abandonment. Earth Surface Processes & Landforms 22 (11): 1027-1035.
Milliman JD. 2006. Water and sediment delivery from Mediterranean rivers: regional, global and temporal perspectives. A: Fluxes of small and medium-size Mediterranean rivers: impact on coastal areas, Briand F. (Ed.). Ciesm Workshop monograph 30: 19-22.
Milliman JD, Meade RH. 1983. World-wide delivery of river sediment to the oceans. Journal of Geology 91 (1): 1-21.
Milliman JD, Syvitski JPM. 1992. Geomorphic/tectonic control of sediment discharge to the ocean: the importance of small mountainous rivers. Journal of Geology 100: 525-544.
Mimikou M. 1982. An investigation of suspended sediment rating curves in western and northern Greece. Hydrological Sciences Journal 27 (3-9): 369-383.
Moussa R, Voltz M, Andrieux P. 2002. Effects of the spatial organization of agricultural management on the hydrological behaviour of a farmed catchment during flood events. Hydrological Processes 16 (2): 393-412.
Nadal-Romero E, Latron J, Martí-Bono C, Regüés D. 2008. Temporal distribution of suspended sediment transport in a humid Mediterranean badland
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
77
area: The Araguás catchment, Central Pyrenees. Geomorphology 97 (3-4): 601-616.
Nathan RJ, McMahon TA. 1990. Evaluation of Automated Techniques for Base Flow and Recession Analysis. Water Resources Research 26: 1465-1473.
Olive LJ, Rieger WA. 1985. Variation in suspended sediment concentration during storms in five small catchments in southeast New South Wales. Australian Geographical Studies 23 (1): 38-51.
Orozco M, Poch RM, Batalla RJ, Balasch JC. Hydrochemical balance of Mediterranean mountainous basins in relation to land uses (The Ribera Salada, Catalan Pre-Pyrenees, NE Spain). Hydrological Processes (submitted).
Outeiro L, Farguell J, Úbeda X, Sala M. 2006. Estudio de las variaciones de caudal y transporte de sedimentos durante eventos de crecidas en dos cuencas (forestal y agrícola). A: Geomorfología y territorio: Actas de la IX Reunión Nacional de Geomorfología, Pérez-Alberdi A, López-Bedoya J. (eds.). Servizo de Publicacións e Intercambio Científico: Santiago de Compostela; 645-653.
Pavanelli D, Pagliarani A. 2002. Monitoring Water Flow, Turbidity and Suspended Sediment Load, from an Apennine Catchment Basin, Italy. Biosystems Engineering 126: 1-6.
Peters NE. 1994. Hydrologic processes. A: Biogeochemistry of Small Watersheds: A Tool for Environmental Research. Scope 51, Moldan B, Cerny J. (eds.). Wiley: Chichester; 189-206.
Piñol J, Lledó MJ, Escarré A. 1991. Hydrological balance of two Mediterranean forested catchments (Prades, northeast Spain). Hydrological Sciences Journal 36 (2): 95-107.
Piñol J, Ávila A, Escarré A, Lledó MJ, Rodà F. 1992. Comparison of the hydrological characteristics of three small experimental holm oak forested catchments in NE Spain in relation to larger areas. Vegetatio 99/100: 169-176.
Piñol J, Beven K, Freer J. 1997. Modelling the hydrological response of Mediterranean catchments, Prades, Catalonia. The use of distributed models as aids to hypothesis formulation. Hydrological Processes 11: 1287-1306.
Piñol J, Àvila A, Escarré A. 1999. Water balance in catchments. A: Ecology of Mediterranean Evergreen Oak Forests, Rodà et al. (eds.). Ecological Studies Vol. 137, Springer-Verlag; 273-282.
Poch RM, Orozco M. Stormflow hydrochemistry in two nested Pre-Pyrenean basins. Journal of Hydrology (submitted).
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
78
Pont D, Simonnet JP, Walter AV. 2002. Medium-term Changes in Suspended Sediment Delivery to the Ocean: Consequences of Catchment Heterogeneity and River Management (Rhône River, France). Estuarine, Coastal and Shelf Science 54: 1-18.
Porta J, López-Acevedo M, Roquero C. 1999. Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Mundi Prensa: Madrid; 876 p.
Rapp A. 1960. Recent development of mountain slopes in Kárkevagge and surroundings, northern Seandinavia. Geografiska. Annaler 42: 65-200.
Reid I, Parkinson R. 1981. Too wet, too dry: Clay soil problems. Soil and Water Management 9: 7-9.
Richards G, Moore RD. 2003. Suspended sediment dynamics in a steep, glacier-fed mountain stream, Place Creek, Canada. Hydrological Processes 17 (9): 1733-1753.
Romero R, Guijarro JA, Ramis C, Alonso S. 1998. A 30-year (1964–93) daily rainfall data base for the Spanish Mediterranean regions: first exploratory study. International Journal of Climatology 18: 541–560.
Romero R. 2001. Sensitivity of a heavy rain producing Western Mediterranean cyclone to embedded potential vorticity anomalies. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 127: 2559-2597.
Rovira A, Batalla RJ, Sala M. 2005. Fluvial sediment budget of a Mediterranean river: the lower Tordera (Catalan Coastal Ranges, NE Spain). Catena 60 (1): 19-42.
Rovira A, Batalla RJ. 2006. Temporal distribution of suspended sediment transport in a Mediterranean basin: The Lower Tordera (NE SPAIN). Geomorphology 79: 58-71.
Sala M, Farguell J. 2002. Exportación de agua y sedimento en dos pequeñas cuencas mediterráneas bajo diferentes usos del suelo. Sistema Costero Catalán. Cuaternario y Geomorfología 16 (1-4): 97-109.
Salva-Tomàs PA. 1973. Estructura Agraria del Pariatge. Departament de Geografia. Tesi de Llicenciatura no publicada, Facultat de Filosofia i Lletres, Universitat de Barcelona: Barcelona; 244 p.
Schick AP. 1977. A tentative sediment budget for an extremely arid watershed in the Southern Negev. En: D.O. Doehring (Ed.): Geomorphology in arid regions. Binghamton, NY, 139-163.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
79
Schnabel S. 1997. Soil erosion and runoff production in a small watershed under silvo-pastoral landuse (dehesas) in Extremadura, Spain. Geoforma Ediciones; 160 p.
Seeger M. Errea MP, Begueria S, Arnaez J, Marti C, Garcia-Ruiz JM. 2004. Catchment soil moisture and rainfall characteristics as determinant factors for discharge/suspended sediment hysteretic loops in a small headwater catchment in the Spanish pyrenees. Journal of Hydrology 288 (3-4): 299-311.
Serrat P. 1999. Present sediment yield from a Mediterranean fluvial system: the Agly river (France). Comptes Rendus de l'Academie des Sciences - Series IIA - Earth and Planetary Science 329 (3): 189-196.
Silva PG, Goy JL, Zazo C, Giménez J, Fornós J, Cabero A, Bardají T, Mateos R, González-Hernández FM, Hillaire-Marcel C, Bassam G. 2005. Mallorca Island: geomorphological evolution and neotectonics. In Field Trip Guides of Sixth International Conference on Geomorphology (vol. II), Desir G, Gutiérrez F, Gutiérrez M (eds.). University of Zaragoza: Zaragoza; 433-472.
Skaggs RW, Breve MA, Gilliam JW. 1994. Hydrologic and Water-Quality Impacts of Agricultural Drainage. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 24 (1): 1-32.
Smith CT. 1969. The drainage basin as an historical basis for human activity. En: R. Chorley (Ed.): Water, Earth and Man. Wiley, London, 101-112.
Stone M, Krishnappan BG. 1997. Transport Characteristics of Tile-Drain Sediments from an Agricultural Watershed. Water, Air and Soil Polution 99: 89-103.
Syvitski JPM, Morehead MD, Bahr DB, Mulder T. 2000. Estimating fluvial sediment transport: the rating parameters. Water Resources Research 36: 2747–2760.
Syvitski JPM. 2003. The supply of flux of sediment along hydrological pathways: Anthropogenic influences at the global scale. Global and Planetary Change 39 (1-2): 1-11.
Smakhtin VU. 2001. Low flow hydrology: a review. Journal of Hydrology 240: 147-186.
Soler M, Regüés D, Latron J, Gallart F. 2007. Frequency-magnitude relationships for precipitation, stream flow and sediment load events in a small Mediterranean basin (Vallcebre basin, Eastern Pyrenees). Catena 71 (1): 164-171.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
80
Soler M, Latron J, Gallart F. 2008. Relationships between suspended sediment concentrations and discharge in two small research basins in a mountainous Mediterranean area (Vallcebre, Eastern Pyrenees). Geomorphology 98 (1-2): 143-152.
Soorooshian S. 1983. Surface water hydrology: On line estimations. Review of Geophysics and Space Physics 28 (2): 285-290.
Sutherland RA, Bryan RB. 1989. Flow Dynamics and the Variability of Suspended Sediment in a Semiarid Tropical Stream, Baringo District, Kenya. Geografiska Annaler 72 A: 23-39.
Takeuchi, K. 2002. IAHS decade of the Prediction of Ungauged Basins. IAHS Newsletter 74: 2-3.
Tallaksen LM. 1995. A review of baseflow recession analysis. Journal of Hydrology 165: 349-370.
Thornthwaite CW. 1948. An Approach toward a Rational Classification of Climate. Geographical Review 38: 55-94.
Toebes C, Strang DD. 1964. On recession curves 1: Recession equations. Journal of Hydrology 3: 2-15.
UNESCO-OMM 1992. Glosario hidrológico internacional, en cuatro idiomas (Inglés, Español, Francés, Ruso), 2ª edició, UNESCO-OMM: Paris/Ginebra. http://www.cig.ensmp.fr/~hubert/glu/HINDEST.HTM
Vericat D, Batalla RJ. 2006. Sediment transport in a large impounded river: The lower Ebro, NE Iberian Peninsula. Geomorphology 79 (1-2): 72-92.
Walling DE. 1974. Suspended sediment and solute yields from a small catchment prior to urbanization. A: Fluvial Processes in Instrumented Watersheds. Studies of small watersheds in the British Isles, Gregory, KJ, Walling DE. (eds.). Institute of British Geographers: London; 169-191.
Walling DE. 1977. Suspended sediment and solute response characteristics of the River Exe, Devon, England. A: Research in Fluvial Systems, Davidson-Arnott R, Nickling W. (eds.). Geo Abstracts: Norwich; 58-87.
Walling DE. 1979. Hydrological Processes. A: Man and Environmental Process, Gregory KJ, Walling DE. (eds.). Dawson: Folkestone; 57-81.
Walling DE. 1996. Suspended sediment transport by rivers: a geomorphological and hydrological perspective. Archives Hydrobiological Special Issues Advanced Limnology 47: 1-27.
Memòria d’investigació Hidrologia i transport de SS Joan Estrany 7. BIBLIOGRAFIA
81
Walling DE. 2006. Human impact on land–ocean sediment transfer by the world's rivers. Geomorphology 79 (3-4): 192-216.
Walling DE, Webb BW. 1982. Sediment availability and the prediction of storm-period sediment yields. A: Recent Developments in the Explanation and Prediction of Erosion and Sediment Yield, Walling DE. (ed.). IAHS Publication No. 137, International Association of Hydrological Sciences: Wallingford; 327-337.
Walling DE, Webb BW. 1983. Patterns of sediment yield. A: Background to Paleohydrology, Gregory KJ. (ed.). John Wiley and Sons: New York; 69-100.
Walling DE, Webb BW. 1987. Suspended load in gravel-bed rivers: UK experience. A: Sediment Transport in Gravel-Bed Rivers, Thorne CRB, Bathurst JC, Hey RD. (eds.). John Wiley and Sons Ltd: London; 691-723.
Walling DE, Collins AL. 2000. Integrated Assessment of Catchment Sediment Budgets: A Technical Manual. UK Department for International Development: Exeter.
Wass PD, Leeks GJL. 1999. Suspended sediment fluxes in the Humber catchment, UK. Hydrological Processes 13 (7): 935-953.
White S, Garcia-Ruiz JM, Marti C, Alvera B, Del Barrio G. 1997. Sediment transport in a high mountain catchment in the central Spanish Pyrenees. Physics and Chemistry of The Earth 22 (3-4): 377-380.
YACU, 2002. Estudio de caracterización del régimen extremo de precipitaciones en la isla de Mallorca. Memoria. Secció d’Estudis i Projectes, Direcció General de Recursos Hídrics, Conselleria de Medi Ambient, Govern de les Illes Balears: Palma de Mallorca; 67 p.
Zgaier A, Inbar M. 2005. The influence of soil saturation on the stability of abandoned agricultural hillslope terraces under Mediterranean climatic conditions. A Catchment Dynamics and River Processes: Mediterranean and other Climate Regions, Garcia C, Batalla RJ. (eds.). Elsevier: Amsterdam; 69-86.
Zhu TX, Band LE, Vertessy RA. 1999. Continuous modeling of intermittent stormflows on a semi-arid agricultural catchment. Journal of Hydrology 226 (1-2): 11-29.